Les chercheurs de QUT ont développé une nouvelle approche pour concevoir des interrupteurs moléculaires ON-OFF basés sur des protéines qui peuvent être utilisées dans une multitude d'applications biotechnologiques, biomédicales et de bio-ingénierie.
L'équipe de recherche a démontré que cette nouvelle approche leur permet de concevoir et de créer des tests de diagnostic plus rapides et plus précis pour détecter les maladies, surveiller la qualité de l'eau et détecter les polluants environnementaux.
Le professeur Kirill Alexandrov, de l'École de biologie et des sciences de l'environnement QUT, scientifique principal de l'Alliance de biologie synthétique CSIRO-QUT et chercheur du Centre d'excellence ARC en biologie synthétique, a déclaré que la nouvelle technique publiée dans Nature Nanotechnology démontré que les changements de protéines pouvaient être conçus de manière prévisible.
Le professeur Alexandrov a déclaré que les tests de diagnostic actuellement disponibles sur le lieu de soins qui fournissaient des résultats immédiats, tels que les kits de tests de glycémie, de grossesse et de COVID, utilisaient des systèmes de détection de protéines pour détecter la présence de sucre, d'hormones de grossesse et de protéines COVID. P>
"Ceux-ci ne représentent cependant qu'une infime fraction de ce qui est nécessaire dans un modèle de soins de santé axé sur le patient", a déclaré le professeur Alexandrov.
"Cependant, le développement de nouveaux systèmes de détection est un processus d'essais et d'erreurs difficile et long."
"La nouvelle méthode du 'nano-switch protéique' peut accélérer considérablement le développement de diagnostics similaires en réduisant le temps et en augmentant le taux de réussite. Elle utilise des protéines modifiées pour se comporter comme des interrupteurs ON/OFF en réponse à des cibles spécifiques."
"L'avantage de notre approche est que le système est modulaire, semblable à une construction avec des briques Lego, de sorte que vous pouvez facilement remplacer des pièces pour cibler autre chose, un autre médicament ou un biomarqueur médical, par exemple."
Le professeur Alexandrov a déclaré que la méthode offrait la possibilité de créer de nombreux tests de diagnostic et d'analyse différents, avec un large éventail d'applications possibles, notamment le diagnostic de la santé humaine et animale, les kits de test de contamination de l'eau et la détection de métaux des terres rares dans des échantillons pour diriger les efforts d'exploitation minière.
L'équipe de recherche multidisciplinaire comprenait des scientifiques du QUT et du Centre d'excellence ARC en biologie synthétique, composé du chercheur principal, le professeur Kirill Alexandrov, du Dr Zhong Guo, de Cagla Ergun Ayva, de Patricia Walden et du professeur adjoint Claudia Vickers.
L'équipe QUT a collaboré avec les principaux électrochimistes Evgeny Katz et Oleh Smutok de l'Université Clarkson, à New York, et le pathologiste chimique Dr Jacobus Ungerer de Queensland Health.
Pour démontrer cette technologie, l'équipe s'est concentrée sur un médicament de chimiothérapie anticancéreuse qui est toxique et nécessite des mesures constantes pour garantir le bien-être du patient.
"Trop peu de médicament ne tuera pas le cancer, mais une trop grande quantité pourrait tuer le patient", a déclaré le professeur Alexandrov.
Le capteur conçu par l'équipe pour le médicament utilise un changement de couleur pour identifier et quantifier le médicament.
Le professeur Alexandrov a déclaré que la prochaine étape consistait à tester le capteur dans les laboratoires de santé du Queensland en vue d'une approbation pour une utilisation en milieu clinique.
"C'est vraiment excitant, car c'est la première fois qu'un biocapteur protéique conçu artificiellement peut être réellement adapté à une application de diagnostic réelle", a déclaré le professeur Alexandrov.
Le Dr Ungerer a déclaré que la technologie d'ingénierie des protéines développée par l'équipe de recherche fournissait un nouveau moyen de créer des tests en laboratoire.
"Cela a le potentiel d'améliorer et d'étendre les tests en laboratoire, ce qui entraînera des avantages sanitaires et économiques substantiels", a déclaré le Dr Ungerer.
Le Dr Guo a déclaré que ces progrès ont été rendus possibles grâce à une équipe internationale et interdisciplinaire et à un excellent travail d'équipe.
Le professeur Alexandrov a déclaré que la prochaine étape consistait à adopter cette approche, à la normaliser et à la faire évoluer, pour ensuite commencer à construire des sous-systèmes plus sophistiqués. Il a déclaré qu'il y avait deux orientations futures pour le travail.
"La première consiste à développer des modèles informatiques qui nous permettent de concevoir et de construire les commutateurs encore plus rapidement et avec précision", a-t-il déclaré.
"L'autre consiste à démontrer l'ampleur et le potentiel de la technologie en construisant de nombreux commutateurs pour différentes applications de diagnostic."
Le professeur Alexandrov a déclaré que l'équipe modifiait actuellement les protéines existantes, mais qu'à l'avenir, elle pourrait utiliser les mêmes principes pour développer des composants qui n'existaient pas et qui seraient conçus à partir de zéro.
"La nouvelle technique offre aux scientifiques un contrôle sans précédent sur la construction de systèmes de détection basés sur les protéines", a-t-il déclaré.
L'article 'Développement de portes logiques épistatiques OUI et protéiques et leur assemblage en cascades de signalisation' est publié dans Nature Nanotechnology .
Plus d'informations : Guo, Z. et al. Développement de portes logiques épistatiques de protéines OUI et ET et leur assemblage en cascades de signalisation, Nature Nanotechnology (2023). DOI : 10.1038/s41565-023-01450-y. www.nature.com/articles/s41565-023-01450-y
Informations sur le journal : Nanotechnologie naturelle
Fourni par l'Université de technologie du Queensland
