Protein Chips

Afslutningen af ​​Human Genome Project sidste år markerede en milepæl inden for medicin. Den detaljerede kortlægning af hele sæt af menneskelige gener var et årti langt projekt, som nogle af de bedste hjerner inden for biologi har arbejdet på. Men på mange måder var det kun begyndelsen på den virkelige medicinske udfordring: at forstå den million eller deromkring proteiner, der er den menneskelige krops molekylære arbejdsheste. Gener er egentlig bare programmeringskoden, der fortæller celler, hvordan de syntetiserer proteiner; næsten al den biologiske virkning sker blandt disse store, komplekse molekyler.

Når proteiner opfører sig forkert, kan de ødelægge vores helbred på utallige måder, lige fra de amyloidproteiner, der tygger hjernen hos Alzheimers patienter til de proteiner, der forårsager løbsk kræftcellevækst. At bekæmpe sygdom mere effektivt betyder at få et bedre greb om, hvordan proteiner fungerer og interagerer - og fejler. De vigtigste nye værktøjer til at læse det enorme proteinbibliotek er mikro-arrays, små chips, der indeholder tusindvis af proteinprøver, som kan analyseres hurtigt og billigt. Det er her, folk vil få svar om, hvordan sygdommen udvikler sig, hvordan lægemidler virker, og hvordan man finder nye lægemidler, siger Peter Wagner, teknisk chef for Zyomyx, en Hayward, CA-baseret proteinchip-startup.

Denne historie var en del af vores maj 2001-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Zyomyx har næsten et dusin konkurrenter, herunder Large Scale Proteomics, Ciphergen Biosystems, Packard BioScience og Phylos. Industriens første produkter forventes på markedet om et år, og selvom teknologierne varierer, er de nye biochips generelt todimensionelle gitter af proteiner eller proteinfragmenter knyttet til en solid understøtning.

Når proteinmikroarrayet udsættes for biokemikalier eller opløsninger af andre proteiner, vil nogle af disse molekyler klæbe og nogle vaskes af; dem, der klæber, kan identificeres af forskellige markører, såsom fluorescerende tags. Molekyler, der klæber stærkt til specifikke proteiner, er værdifulde ledetråde i søgen efter nye lægemidler, fordi den bindingsevne er det, der gør lægemidler effektive. Og til diagnostik kunne måling af unormalt høje mængder af afslørende proteiner i en blodprøve ved hjælp af disse biochips være en hurtig metode til tidlig påvisning af hjerteanfald og kræft.

Ideen om mikrochips er ikke noget nyt i biologien. Fremstillingen af ​​DNA-chips har været et af de hotteste områder inden for bioteknologi siden begyndelsen af ​​1990'erne, hvor innovative forskere tog robotteknologien og litografisk mønsterteknologi, der blev brugt til fremstilling af siliciummikroelektronik, og anvendte dem til DNA-analyse. De var i stand til at vedhæfte tusindvis af stykker genetisk materiale til glasglas eller plastikskiver og bruge disse chips til at identificere DNA i en prøve af interesse. Disse DNA-chips er nu meget brugt i medicinsk forskning.

Men at lave en proteinchip er langt mere irriterende. Mens DNA er ret robust, er proteiner krympende violer. Proteiner er udsøgt foldede strenge af underenheder kaldet aminosyrer, og meget af det, proteiner gør, afhænger af det præcise tredimensionelle mønster, som strengen foldes ind i. Uden for et snævert område af miljøforhold vil proteiner denaturere - aminosyrekæden vil miste sin tredimensionelle struktur og kollapse som en bunke overkogt spaghetti. Ved fremstilling af mikroarrays skal forskerne holde proteinerne i en vandig opløsning ved den helt rigtige temperatur hele tiden.

På trods af disse udfordringer udfolder fremtiden for proteinbiochips sig hurtigt. Der er en klar forståelse overalt i [biotek-]industrien, nu hvor du er nødt til at fokusere på proteiner, siger Zyomyxs Wagner. Ifølge en nylig rapport fra BioInsights, et bioteknologisk konsulentfirma i Redwood City, Californien, vil salget af proteinbiochips sandsynligvis stige til en halv milliard dollars i 2006.

Og teknologiens eventuelle virkning kan mærkes langt uden for det biologiske forskningsmiljø. Nyttige proteinchips til diagnostik skulle være tilgængelige om et par år, siger N. Leigh Anderson, CEO for Large Scale Proteomics. Det vil ikke tage så lang tid, som nogle mennesker tror. Det kan være en optimistisk prognose, men hvis han har ret, kan pakker med små proteinchips snart være lige så allestedsnærværende som tungepressere eller gummihandsker på din læges kontor.

skjule