Wetenschappers bouwen vaak nieuwe eiwitmoleculen door groepen aminozuren aan elkaar te rijgen. Deze aminozuurketens, genaamd polypeptiden, zijn de bouwstenen die nodig zijn bij de ontwikkeling van geneesmiddelen en de creatie van nieuwe biomaterialen.

Het proces voor het bouwen van polypeptiden is moeilijk, echter. Onderzoekers melden dat ze een snellere, eenvoudigere en goedkopere methode om nieuwe polypeptiden te maken dan voorheen beschikbaar was. De nieuwe aanpak maakt gebruik van een gestroomlijnd proces dat de aminozuurprecursoren zuivert en tegelijkertijd de polypeptiden opbouwt. in tegenstelling tot eerdere methoden waarbij de processen gescheiden waren, arbeidsintensief en tijdrovend.

traditioneel, het maken van polypeptideketens is een zeer gecompliceerd proces geweest, zei professor Jianjun Cheng, professor materiaalwetenschappen en techniek van de Universiteit van Illinois, die het nieuwe onderzoek leidde. Het synthetiseren en zuiveren van de aminozuurprecursoren, namelijk N-carboxyanhydride, of NBA, vergt dagen van moeizame inspanning, en het opbouwen van de polypeptideketens duurt uren tot dagen, hij zei.

"Het veld is nooit groot geworden, gedeeltelijk omdat het synthetiseren van polypeptiden zo ingewikkeld is, " zei Cheng. "NCA heeft veel onzuiverheden die moeilijk te verwijderen zijn. Tot nu, de synthese van hoogwaardige polypeptiden vereiste ultrazuivere NCA's."

In biologische cellen, enzymen die ribozymen worden genoemd, verbinden aminozuren met elkaar om eiwitten te vormen, zei Chen. Dit proces vindt plaats in aanwezigheid van water, zout en tal van andere moleculen. Het repliceren van dit proces in het laboratorium is erg moeilijk, echter. Huidige methoden vereisen dat onderzoekers gezuiverde NCA-moleculen gebruiken en de ketens bouwen in een watervrije omgeving.

Cheng en zijn collega's lieten zich inspireren door ribozymen, die uitblinken in het snel maken van aminozuurketens terwijl ze worden geïsoleerd van de cellulaire omgeving. Het team ontwikkelde een systeem dat de ribozymfunctie nabootst, het snel opbouwen van de aminozuurketens en het verwijderen van alle moleculen die het systeem zouden kunnen besmetten. Hierdoor kunnen de onderzoekers de gewenste ketens bouwen met NCA's die niet zuiver zijn.

"Dit is de eerste keer sinds de ontdekking van het NCA-molecuul in 1906 dat we lange ketens hebben kunnen bouwen met behulp van niet-gezuiverde NCA, ' zei Chen.

"Ik heb een aantal jaren aan NCA-zuivering gewerkt en vond het erg pijnlijk, omdat het proces watervrije omstandigheden vereiste en technisch uitdagend was, " zei postdoctoraal onderzoeker Ziyuan Song, een lid van het laboratorium van Cheng. “Daarom werken er niet veel onderzoeksgroepen op dit gebied. Met deze methode we kunnen ervoor zorgen dat meer mensen lid worden en meer aanmeldingen vinden."

De methode kan worden gebruikt in de chemie, biologie en industrie, waar eiwitketens routinematig worden gebruikt als bouwstenen voor de assemblage van bruikbare moleculen, zei de onderzoeker.

"Eerder, het veld vereiste gespecialiseerde chemici zoals wij om deze bouwstenen te maken, " zei Cheng. "Ons nieuwe protocol stelt iedereen met elementaire scheikundige vaardigheden in staat om de gewenste polypeptiden in een paar uur te bouwen."

De onderzoekers onderzoeken hoe het proces kan worden opgeschaald en verkennen het volledige scala aan chemische en biologische toepassingen die de nieuwe aanpak mogelijk maakt.

De onderzoekers rapporteren hun bevindingen in de Proceedings van de National Academy of Sciences .