Une technique développée par les professeurs agrégés de chimie et de biochimie de l'Université de Miami, Dominik Konkolewicz et Rick Page, pourrait permettre un développement plus rapide et plus efficace de nouveaux matériaux à utiliser dans les produits pharmaceutiques, biocarburants, et d'autres applications.

La technique de Konkolewicz et de Page utilise la technologie de résonance magnétique nucléaire (RMN) pour éclairer comment les protéines et les polymères synthétiques interagissent dans des substances chimiques appelées bioconjugués.

Pourquoi les bioconjugués sont utiles

Les protéines peuvent être utilisées pour catalyser des réactions chimiques utiles dans de nombreuses applications. Par exemple, les enzymes protéiques sont utilisées pour produire du sirop de maïs à haute teneur en fructose et l'insuline est utilisée pour traiter le diabète. Mais certaines protéines ne sont actives que très peu de temps ou se décomposent facilement, il n'est donc tout simplement pas pratique - ou rentable - de les utiliser. Les bioconjugués de protéines surmontent les limites des protéines en attachant des molécules synthétiques, souvent des polymères, à la protéine.

"Les protéines ont des performances fantastiques, " Konkolewicz dit, "Mais il n'y a pas beaucoup de flexibilité dans la chimie que nous pouvons mettre dans une protéine. Les polymères offrent une grande diversité de structure et de fonction que nous pouvons incorporer pour prolonger la durée de vie de la protéine ou améliorer sa capacité à résister à des conditions extrêmes."

Il y a déjà un certain développement commercial de bioconjugués, tels que les conjugués anticorps-médicament utilisés pour traiter le cancer, bien que les lignes directrices sur la façon d'améliorer les performances de ces substances restent insaisissables.

Développer de nouveaux, les bioconjugués utiles sont souvent difficiles et coûteux car le processus repose traditionnellement sur des essais et des erreurs :les scientifiques jettent de nombreux candidats polymères contre un mur proverbial de protéines pour voir ce qui « colle » sous la forme de performances améliorées. Mais tout comme cela n'a pas de sens de lancer une balle de tennis sur un mur Sheetrocked en s'attendant à ce qu'elle colle, cela n'a pas de sens de jeter certains polymères sur certaines protéines en s'attendant à ce qu'ils collent.

Accélérer le développement grâce à une conception rationnelle

Nous comprenons suffisamment bien la nature des balles de tennis et des cloisons sèches pour savoir que « coller » n'est pas un résultat possible de leur interaction, mais Page dit que les scientifiques ne comprennent pas toujours assez bien la nature des protéines et des polymères pour faire des prédictions similaires en matière de bioconjugaison.

"Dans de nombreux cas, nous connaissons la structure de la protéine, mais nous ne connaissons pas la structure du polymère. Nous ne savons pas de quelle forme il est, où il se fixe à la protéine, ou comment il s'enroule ou interagit avec la protéine, " dit Page.

Ce qu'il faut, Konkolewicz et Page disent, est un ensemble de règles qui permettrait la conception rationnelle de nouveaux bioconjugués. De telles règles permettraient aux chimistes d'examiner la structure d'une protéine cible et de concevoir une molécule de polymère de la bonne taille, forme, et fonction pour l'adapter spécifiquement.

« Ce serait formidable de pouvoir dire, 'D'accord, voici la protéine que j'ai. Voici les moyens dont j'ai besoin pour le stabiliser, et voici les sortes de polymères que nous pouvons utiliser pour cela, '" dit Page.

La technique que Page et Konkolewicz ont développée est la première étape pour permettre l'établissement d'un tel ensemble de règles.

Alors que les techniques précédentes pour examiner les interactions entre les protéines et les polymères dans les bioconjugués reposaient sur, par exemple, faisceaux de neutrons—un équipement très coûteux disponible dans un nombre limité d'installations dans le monde—la technique des chimistes de Miami utilise la technologie de résonance magnétique nucléaire (RMN) facilement disponible. La clé de la technique est de placer des groupes de rapports sur les polymères synthétiques. Ces groupes de signalement agissent comme des balises, permettant aux chercheurs de voir à quel point un polymère est proche d'une protéine, lorsque le bioconjugué est dans un instrument RMN.

L'accessibilité de la technologie RMN est importante car elle augmente considérablement la capacité de la communauté des chercheurs à faire des découvertes.

« Nous ne pouvons pas examiner nous-mêmes toutes les protéines pertinentes, " dit Konkolewicz. " Il faudrait vivre 500 ans pour faire ça. En le rendant accessible, nous permettons à d'autres groupes d'examiner leurs protéines d'intérêt—protéines catalytiques, comme notre laboratoire se concentre sur, ou des protéines thérapeutiques, ou quel que soit le type qu'ils étudient. Cette technique donne de l'échelle."

Une percée rendue possible par l'environnement unique de Miami

Fondamentalement, La technique de Konkolewicz et Page permet aux chimistes du monde entier de collaborer à l'établissement d'un ensemble de règles de conception pour guider le développement plus rapide de bioconjugués qui sont à la fois efficaces et abordables pour une utilisation dans des applications industrielles, y compris les produits pharmaceutiques et les biocarburants. C'est un résultat approprié pour un effort de recherche qui est lui-même né d'une collaboration.

Il était historiquement rare que des scientifiques de différents sous-domaines fassent équipe sous le nom de Konkolewicz, un chimiste de synthèse, et page, un biochimiste, ont. Konkolewicz et Page affirment que leur avancée est due au fait que l'Université de Miami favorise la collaboration et encourage l'exploration dans un large éventail d'expertises.

"L'environnement que nous avons ici à Miami, et la capacité et l'encouragement des groupes à collaborer les uns avec les autres ici, nous a vraiment mis dans le bon environnement pour proposer cette technique révolutionnaire, " dit Page.

Un autre aspect de l'environnement unique de Miami est la profonde implication des étudiants de premier cycle dans la recherche. Quatre étudiants de premier cycle des laboratoires de Konkolewicz et de Page ont été nommés comme auteurs d'un article sur leur technique, qui a été récemment publié dans la revue phare en libre accès de la Royal Society of Chemistry Sciences chimiques .