/ Новости
Исследования на синтетических антителах приближают эру досимптомной диагностики
Антитела – «сторожевые псы» здоровья человека, непрерывно циркулирующие по организму и с поразительной точностью отмечающие даже самые незначительные изменения, связанные с инфекционными и другими заболеваниями. Они же являются и биохимическими банками памяти, добросовестно записывающими информацию о встреченных ими патогенах и эффективно сохраняющими эти данные для дальнейшего использования.
Стивен Альберт Джонстон (Stephen Albert Johnston), Нил Вудбери (Neal Woodbury) и их коллеги из Института биодизайна (Biodesign Institute) Университета штата Аризона (Arizona State University) занимаются изучением механизмов функционирования антител, в частности, способностью этих «часовых» связываться – с высокой аффинностью и специфичностью – со своими белковыми мишенями. Более глубокое понимание огромного мира антител может привести к новому поколению быстрых и недорогих диагностических инструментов и ускорить разработку новых вакцин и лекарственных препаратов.
Используя в качестве основы сценарий, написанный самой Природой, ученые работают над созданием синтетических антител, или синтел, применяя метод, разработанный в Центре инноваций в медицине (Center for Innovations in Medicine) Джонстона. Изучив широкую панораму активности антител, выявленную по образцам крови, они используют эту информацию для разработки досимптомной диагностики заболеваний. Такие «иммунные подписи», как назвал их Джонстон, предоставляют в распоряжение ученых динамическую картину здоровья человека.
В двух новых статьях исследователи продемонстрировали простой метод усиления аффинности синтетических антител, представляющих собой цепочки из 20 звеньев-аминокислот, соединенных случайным образом. Используя случайные пептидные последовательности, нанесенные на пластины микрочипов, они получили информацию и об активных областях, или эпитопах, естественных антител. Эти статьи недавно опубликованы в журналах PloS ONE и Molecular and Cellular Proteomics.
Хотя антитела давно используются в биомедицинских исследованиях, обычные методы их получения трудоемки и дороги. Как правило, такие антитела вырабатываются организмом животного, отвечающим на введение определенного белка производством белок-специфических антител, которые затем можно извлечь.
В более ранней работе группа Джонстона показала, что искусственные высокоаффинные антитела можно получить синтетически с помощью простого метода. Этот метод переворачивает традиционный подход с ног на голову. Вместо того чтобы начать с определенного белка и попытаться создать соответствующее ему антитело, ученые сначала создают синтетическое антитело, а затем определяют белок, с которым оно эффективно взаимодействует, используя для этого скрининг потенциальных белков-партнеров.
Первым шагом в этом процессе является получение случайных сочетаний 20 аминокислот. Затем примерно 10000 таких случайных пептидов наносятся на слайд микрочипа. На этом наборе случайных последовательностей проверяется белок, к которому подбирается антитело, и по результатом скрининга выявляются пептиды с высокой аффинностью. Два таких пептида можно объединить и получить синтело, аффинность которого является суммой аффинностей каждого из пептидов. Таким образом, два слабо связывающихся пептида объединяют свои силы, образуя структуру с высоким сродством, полезную для исследований протеома – огромного мира белков, необходимых для протекания практически всех биологических процессов.
В статье, опубликованной в PloS ONE, ведущий автор Мэттью Гревинг (Matthew Greving) и его коллеги описывают стратегию дальнейшего усиления аффинности таких пептидов.
«Проблема состоит в том, что микрочип содержит около 10000 пептидов, но это меньше чем одна квадриллионная часть возможных вариантов последовательностей. То есть, мы осуществляет выборку из очень малой их части», – объясняет Гревинг. Следовательно, вероятность создания последовательности из 20 аминокислот, проявляющей оптимальную аффинность, остается довольно низкой.
Для усиления аффинности сначала выбирается главная последовательность. (В данном исследовании одной из таких последовательностей был состоящий из 17 аминокислот пептид TNF-1 – ключевой регулятор клеток иммунной системы). Главная последовательность используется в качестве шаблона для создания дополнительных пептидных последовательностей, в которых отдельная аминокислота в каждой позиции пептидной цепочки последовательно заменяется другой аминокислотой.
Используя этот метод, ученые создали 96 вариантов пептидов. Эти усовершенствованные варианты проверяются на аффинность к нужному белку, после чего составляется карта, отображающая степень ее выраженности. Наиболее успешные варианты могут быть собраны в новый пептид с высокой аффинностью, сила связывания которого равна сумме сил связывания его компонентов.
С помощью этого простого алгоритма можно быстро оптимизировать пептиды из случайных последовательностей, улучшая их аффинность от 100 до 1000 раз. Метод может быть использован и для повышения специфичности пептидов, позволяя биоконструкции присоединяться к определенному белку и исключая ее связывание с нежелательными мишенями.
В работе, опубликованной в Molecular and Cellular Proteomics, ученые отвечают на вопрос, может ли аналогичный микрочип со случайными пептидами помочь процессу создания карт эпитопов, отражающих активные связывающие области антител. Картирование эпитопов – один из методов определения, применимо ли данное антитело для конкретного приложения, и более быстрая и эффективная технология составления карт очень важна для биомедицины.
На микрочипе со случайными пептидными последовательностями были проверены антитела с известными эпитопами. Чтобы узнать, могут ли случайные пептиды помочь определить эпитопы антител, ученые использовали методы биоинформатики, выявив пептиды с высокой степенью сродства.
Они применили два метода. В первом высокоаффинные случайные пептиды были сравнены с эпитопами связывающихся с ними антител, и их сходство были проанализировано статистически. Другой метод выявлял пептиды для сигнатурных мотивов, состоящих не менее чем из 7 аминокислот (или для комбинации из двух более коротких мотивов). Ведущему автору Ребекке Гальперин (Rebecca Halperin) и ее коллегам удалось показать, что из таких биоинформационных тестов действительно может быть почерпнута статистически значимая информация по эпитопам.
Обе работы приближают разработку методов высоко производительного и недорогого изучения естественных антител. Дальнейшее их совершенствование должно позволить диагностировать точную белковую последовательность, вызывающую определенное заболевание, основываясь только на анализе иммунного ответа.
Аннотация к статье Exploring antibody recognition of sequence space through random-sequence peptide
Источник(и):
http://asunews.asu.edu/…5_antibodies
Источник: http://www.nanonewsnet.ru/articles/2011/issledovaniya-na-sinteticheskikh-antitelakh-priblizhayut-eru-dosimptomnoi-diagnostiki
Поделиться в Живом Журнале
Стать расой бессмертных – главная эволюционно-историческая задача человечества в III тысячелетии
Имея мышление бессмертных, парадигму бессмертных в качестве мировоззренческой основы, такие люди обязательно реализуют подобные технологии, и мир радикально изменится. Эволюционная ветвь гомо сапиенс в очередной раз сделает крутой вираж и вынесет человечество к невообразимым высотам, туда, где раньше парили только избранные одиночки – бессмертные и боги.
ПодробнееРобот открыл холодильник и принес оттуда пиво
Немецкие разработчики научили гуманоидного робота-помощника TIAGo самостоятельно искать путь к холодильнику, открывать его и приносить пиво. Модульный суперкомпьютер NVIDIA Jetson TX2, служащий зрительным центром робота, позволил ему не только эффективно проложить путь, но и найти пиво запрошенной марки по этикетке.
ПодробнееВ Швеции попытаются создать электронные копии умерших людей
Руководство крупной сети шведских похоронных бюро «Феникс» поставило перед собой амбициозную цель: попытаться создать максимально правдоподобные электронные копии усопших людей.
ПодробнееУчёные из США разработали искусственный аналог глаза
Новое изобретение представили учёные из Школы инженерных и прикладных наук при Гарвардском университете — они создали искусственный глаз, работающий по принципу человеческого.
ПодробнееАмериканцы занялись разработкой реактивных дронов для истребителей
Массачусетский технологический институт по заказу ВВС США занялся разработкой компактных реактивных беспилотных летательных аппаратов, которые можно было бы запускать со стандартного подвеса для ракет под крылом истребителя. Новая разработка получила название Firefly.
ПодробнееToyota представила гуманоидного робота с экзоскелетным управлением
Компания Toyota представила гуманоидного робота T-HR3, управляемого с помощью экзоскелетного контроллера с шлемом виртуальной реальности. Система позволяет оператору управлять движениями робота на месте или передвигать его, а также чувствовать отдачу при взаимодействии с объектами.
ПодробнееЧеловекоподобный робот научился делать сальто
Специалисты Boston Dynamics научили прямоходящего робота Atlas выполнять сальто. Ролик с демонстрацией его новых способностей опубликован на YouTube-канале компании.
ПодробнееРобот-спасатель от Honda: пять «глаз» и 33 степени подвижности
На Конференции по робототехнике в Ванкувере компания Honda представила прототип робота-спасателя E2-DR. У новинки 33 степени подвижности, пять «глаз» и защищенный от пыли и влаги корпус.
ПодробнееToyota представила автомобиль-робот, в салоне которого сразу 2 водительских места
Казалось бы, суть самоуправляемых автомобилей заключается в том, чтобы максимально обеспечить удобство пассажиров и «убрать» из салона водителя, доверив контроль за ситуацией роботу. Вроде бы логичное решение, но вот автоконцерн Toyota думает иначе. Недавно они представили крайне продвинутую версию самоуправляемого авто. Только вот водительских мест в нем аж целых два.
ПодробнееRHP2 - гуманоидный робот, созданный для того, чтобы падать, подниматься и снова падать
Исследователи-робототехники во всем мире тратят безумно большое количество времени и усилий для того, чтобы предотвратить или уменьшить вероятность падения создаваемых ими роботов.
ПодробнееМифы и факты о сверхумном искусственном интеллекте
Станет ли искусственный интеллект лучшим изобретением человечества или же, наоборот, его худшей ошибкой?
Подробнее/ мнения экспертов и членов инициативной группы
- Доктор медицинских наук, профессор, заведующий лабораторией роста клеток и тканей Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН
Борис Карпович
Гаврилюк«Для кожи киборга нужно просто сделать систему питания. А вообще... мы ведь несложно устроены! Есть всего несколько систем: кровеносная разносит кислород и питательные вещества, выделительная выводит отходы. Остальное — рабочие органы. Вначале можно сделать простейший живой организм. А потом более сложные системы...»
- Исследователь и теоретик фантастики и альтернативной истории, литературный критик и публицист, социолог, соционик и военный историк
Сергей Борисович
Переслегин«... Проект «2045» требует немереного инженерного обеспечения. И я утверждаю, что и для России, и для всего мира единственная возможность преодолеть фазовый барьер – это решить не биологические задачи, не биотех, а решить задачу на удержание инженерии на критические 20 лет...»
- Доцент кафедры информационных технологий Киотского университета и профессор Университета Осаки (Osaka University), двадцать восьмой гений из списка «Сто гениев современности», создатель антропоморфного робота «Геминоид» HI-1 (Geminoid)
Хироси
Исигуро«...Однажды мы сможем добиться появления аватаров и воспроизведем функции человеческого мозга внутри этого робота. И тогда люди смогут устремиться к бессмертию...»
- Кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник ТОИ ДВО РАН, композитор, философ
Виктор Юрьевич
Аргонов«Я думаю, что прежде, чем начать радикальную киборгизацию мозга, необходимо найти нейрокоррелят сознания. Имеет ли он физическую или чисто информационную природу в форме нейросигналов? Есть ли группа нейронов, которая непосредственно ответственна за сознание? Или, может быть, сознание порождается еще более мелкими объектами внутри нейронов...»
- Директор Всероссийского НИИ электрификации сельского хозяйства РАСХН
Дмитрий
Стребков«Мы предлагаем шесть стратегических проектов для будущего мира, которые позволят увеличить энергетическую безопасность и создать новое энергетическое снабжение Земли, не основанное на сжигании ископаемого топлива».
- Руководитель Отдела медицинской психологии (Научный Центр Психического Здоровья РАМН), действительный член Академии медико-технических наук РФ
Сергей Николаевич
Ениколопов«Разговоры о том, что технологически мы можем достичь бессмертия, во всяком случае, фантастического удлинения жизни, ведут к пересмотру огромного пласта наших собственных убеждений».
- Доктор биологических наук, профессор, заведующий лабораторией нейрофизиологии и нейроинтерфейсов биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова
Александр Яковлевич
Каплан«К тому времени, когда мозг можно будет перенести в искусственное тело, роботы достигнут совершенства формы и будут выглядеть, как вполне приличное человеческое тело...»
- Футуролог, трансгуманист, писатель, член Исследовательского общества Джеймса Мартина в Институте будущего человечества в Оксфордском университете
Андерс
Сандберг«Я, определенно, захотел бы перенести свой разум в искусственное тело, если бы для этого существовала достаточно безопасная технология...»
- Разработчик инновационных технологий, изобретатель, мастер ТРИЗ (теория решения изобретательских задач), кандидат педагогических наук
Марат Семенович
Гафитулин«...В моем понимании слияние человека и машины началось сразу же, как только человек целенаправленно взял в руки предмет своего труда».
- Кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории термостойких термопластов ИСПМ РАН, создатель наносенсорной нейроподобной системы «Электронный нос»
Михаил Юрьевич
ЯблоковЧлен инициативной группы«При создании искусственного человека к робото-техническому направлению, которое сейчас преобладает, надо добавить эмоциональное. На самом деле, эта идея комплексная, она витает в воздухе...»
- Доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель наук России, является автором более 300 научных работ, в том числе 25 монографий
Александр Иванович
Галушкин«Я убежден в том, что нейросетевые технологии – это основа построения будущих систем управления роботами, т.е. мозга будущих роботов».
- Доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой химической энзимологии МГУ, член-корреспондент Российской Академии наук, директор Института биохимической физики РАН
Сергей Дмитриевич
ВарфоломеевЧлен инициативной группы«Нужно иметь электронный вариант мозга. Физический мозг, на мой взгляд, не может являться предметом интереса, так как он очень субтилен. Но вот создание электронного аналога с полным рецепторным оснащением, которое имело бы ту же историю, стимулы, мотивации, — это может оказаться очень интересно...»
- Руководитель компании «Нейроботикс»
Владимир Анатольевич
КонышевЧлен инициативной группы«Перенос мозга в искусственное тело — более выносливое, более совершенное — единственная возможность человеческой расе остаться на Земле...»
- Председатель оргкомитета политической партии «Эволюция 2045», основатель движения «Россия 2045», президент конгресса GF2045
Дмитрий
ИцковСтрах перед умиранием, на которое запрограммированы наши биологические тела, словно сковал волю руководителей человечества и сформировал непреодолимое табу на публичное обсуждение и принятие решений по борьбе со смертью.
- Философ, профессор Оксфордского университета, известный своими работами об антропном принципе, основатель (вместе с Д. Пирсом) Всемирной ассоциации трансгуманистов
Ник
Бостром«Цифровой путь [бессмертия] – это наша возможность разработать технологию полного копирования мозга, когда мы могли бы создать очень подробную модель конкретного человеческого мозга и воспроизвести ее на компьютере. Тогда мы имели бы потенциал бесконечного существования, создавали бы запасные копии человека и тому подобное...»