Khoa học - Y dược

Cảm biến protein phát hiện nhiễm virut, diệt tế bào ung thư (09/10/2015)

Các kỹ sư sinh học của Đại học Công nghệ Massachusette (MIT) đã thiết kế một hệ thống mô-đun các protein có thể phát hiện một trình tự ADN nhất định trong tế bào và sau đó kích hoạt một phản ứng cụ thể, chẳng hạn như làm chết tế bào.

Hình minh họa cho thấy quy trình đưa hệ thống cảm biến vào tế bào người.

Cảm biến dựa trên protein này có thể được tùy chỉnh để phát hiện bất kỳ chuỗi ADN nào trong tế bào động vật có vú và sau đó kích hoạt một phản ứng mong muốn, bao gồm cả tiêu diệt tế bào ung thư hoặc tế bào bị nhiễm virus, các nhà nghiên cứu nói.

"Có hàng loạt ứng dụng khiến cho nó trở nên quan trọng", James Collins, Giáo sư Khoa học và Kỹ thuật y tế tại Khoa Kỹ thuật Sinh học, nói. "Điều này cho phép bạn dễ dàng thiết kế cấu trúc tế bào được lập trình để có thể phát hiện ADN và tác động lên phát hiện đó, với một hệ thống cảnh báo và/hoặc một hệ thống phản ứng”.

Collins là tác giả chính của bài báo trên Nature Methods ngày 21/9/2015 mô tả công nghệ dựa trên một loại protein bám ADN được gọi là "protein ngón tay kẽm" (zinc finger protein). Những protein này có thể được thiết kế để nhận ra bất kỳ trình tự ADN nào.

"Hiện có những công nghệ sửa đổi các protein để gắn với hầu như bất kỳ trình tự ADN nào mà bạn muốn," Shimyn Slomovic, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ và là tác giả chính của bài báo cho biết. "Điều này được sử dụng theo nhiều cách khác nhau, nhưng không có nhiều công nghệ dùng để thăm dò."

Phát hiện và phản ứng

Để tạo ra hệ thống mới của họ, các nhà nghiên cứu cần liên kết khả năng bám ADN của các protein ngón tay kẽm với kết quả phát hiện - hoặc protein huỳnh quang sáng lên tiết lộ có tồn tại ADN mục tiêu hoặc tạo ra một loại hành động bên trong tế bào.

Các nhà nghiên cứu làm điều này bằng cách khai thác một loại protein gọi là một "intein" - một protein ngắn có thể được chèn vào một protein lớn hơn, tách nó ra thành hai mảnh. Những mảnh protein tách ra, được gọi là "exteins", chỉ có chức năng hoạt động một khi intein tự loại bỏ khi hai nửa nhập trở lại với nhau.
Collins và Slomovic quyết định chia một intein thành hai và sau đó đính từng phần vào nửa extein tách ra và một protein ngón tay kẽm. Các protein ngón tay kẽm được thiết kế để nhận ra các chuỗi ADN liền kề trong gen mục tiêu, vì vậy nếu cả hai đều tìm thấy trình tự của chúng, các inteins xếp thành hàng và sau đó được cắt ra, cho phép các nửa extein tái nhập và tạo thành một protein chức năng. Protein extein là một yếu tố phiên mã thiết kế để bật bất kỳ gen nào mà các nhà nghiên cứu muốn.

Trong nghiên cứu bày, chúng liên kết sự tạo ra protein huỳnh quang xanh lục (GFP) với việc protein ngón tay kẽm nhận dạng chuỗi ADN từ một adenovirus, do đó mọi tế bào bị nhiễm virus này sẽ phát sáng màu xanh lục.

Phương pháp này có thể được sử dụng không chỉ để phát hiện các tế bào bị nhiễm bệnh, mà còn tiêu diệt chúng. Để làm điều này, các nhà nghiên cứu lập trình hệ thống sản sinh ra các protein báo hiệu cho các tế bào miễn dịch chống lại sự nhiễm trùng, thay cho GFP.

"Nhờ thiết kế mô-đun, ta có thể gợi ra bất kỳ phản ứng nào mong muốn", Slomovic nói. "Ta có thể lập trình các tế bào để tự tiêu diệt chính nó, hoặc tiết ra các protein cho phép hệ thống miễn dịch xác định nó như là một tế bào thù địch và sẽ quan tâm đến nó.

Các nhà nghiên cứu MIT cũng đã triển khai hệ thống này để tiêu diệt các tế bào bằng cách gắn kết sự phát hiện ADN mục tiêu với việc sinh ra một enzyme gọi là NTR. Enzyme này sẽ kích hoạt một tiền dược vô hại gọi là CB 1954, được các nhà nghiên cứu cho thêm vào các đĩa petri nuôi dưỡng các tế bào. Khi được NTR kích hoạt, CB 1954 tiêu diệt các tế bào.

Các phiên bản tương lai của hệ thống có thể được thiết kế để gắn vào các chuỗi ADN có trong các gen ung thư và sau đó tạo ra các yếu tố phiên mã sẽ kích hoạt quá trình chết tế bào được lập trình riêng của các tế bào này.

Nguồn: vista.vn (Theo Nature Methods)