自然细菌系统可以提供人体细胞的蛋白质

Broad研究所的研究员麻省理工学院和哈佛大学和麻省理工学院麦戈文脑研究所利用自然细菌系统开发一种新的蛋白质交付方法,在人类细胞和动物工作。今天在描述的技术自然,但是可以用于提供各种各样的蛋白质,包括编辑的基因,不同的细胞类型。系统可能是一个安全的和有效的方式提供基因疗法和癌症治疗。

由广泛的核心机构成员和麦戈文研究所研究员冯张,团队利用一个小注射器一般注入结构,由一个细菌,自然结合昆虫细胞和蛋白质注入有效载荷。研究人员利用人工智能工具AlphaFold工程师这些注射器结构提供一系列有用的蛋白质对人体细胞和细胞活老鼠。

“这是一个非常美丽的例子的生物活性蛋白质工程可以改变自然系统,”约瑟夫Kreitz说,这项研究的第一作者和张的研究生实验室。“我认为这既蛋白质工程作为一个有用的工具在生物工程和开发新的治疗系统。”

“交付治疗分子医学的一个主要瓶颈,我们将需要一个绝佳的选择这些强大的新疗法进入正确的细胞在体内,”张补充道。“通过学习如何自然传输蛋白,我们可以开发一个新的平台,可以帮助解决这种差距。”

张是这项研究的资深作者,也是詹姆斯和帕特里夏·Poitras麻省理工学院神经科学教授和霍华德休斯医学研究所的一位研究员。

注入通过收缩

共生细菌使用大约长100纳米注射器一般的机器将蛋白质注入宿主细胞来帮助调整他们的生物环境,提高他们的生存。这些机器被称为细胞外收缩喷射系统(欧洲互通性系统委员会),由一个刚性管鞘内,合同,驾驶高峰结束管穿过细胞膜。这迫使管进入细胞内蛋白质货物。

在欧洲互通性系统委员会的一端是尾巴的纤维识别特定的细胞表面受体和抓住。先前的研究已经表明,欧洲互通性系统委员会可以自然目标昆虫和老鼠细胞,但Kreitz认为有可能修改它们给人类细胞的重组蛋白尾部纤维绑定到不同的受体。

使用AlphaFold,从它的氨基酸序列预测蛋白质的结构,研究人员重新设计尾欧洲互通性系统委员会产生的纤维Photorhabdus细菌与人类细胞。通过再造工程复杂的另一部分,科学家骗注射器交付他们选择的一种蛋白质,在某些情况下非常高效。

团队由欧洲互通性系统委员会针对癌细胞表达EGF受体和显示,他们杀了几乎100%的细胞,但并不影响细胞受体。虽然效率在一定程度上取决于受体系统设计目标,Kreitz说,研究结果证明系统的承诺与周到的工程。

研究人员还使用了一个欧洲互通性系统委员会提供蛋白质住老鼠的大脑,它没有引发可检测的免疫反应,这表明欧洲互通性系统委员会有一天被用于安全地传递人类基因疗法。

包装的蛋白质

Kreitz说,欧洲互通性系统委员会系统是通用的,团队已经用它来提供一系列的货物,包括基础编辑蛋白质(可以做单字符改变DNA),癌细胞,有毒的蛋白质和大型DNA-cutting Cas9酶用于许多基因编辑系统。

在未来,Kreitz说研究人员可以工程师欧洲互通性系统委员会系统的其他组件调整其他属性,或提供其他货物如DNA或RNA。他还想更好地了解这些系统的功能。

“我们和其他人已经表明,这种类型的系统整个生物圈是非常多样化的,但他们不是很好描述,“Kreitz说。“我们相信这种类型的系统生物学中扮演着非常重要的角色,还可以研究。”

参考:Kreitz J,弗里德里希·乔丹,大师,等。可编程用细菌蛋白质发货收缩喷射系统。自然。2023年。doi:10.1038 / s41586 - 023 - 05870 - 7

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