Une nouvelle technique révolutionne les études d’interaction protéine-ligand

Spectroscopie Raman -; une méthode d’analyse chimique qui projette une lumière monochromatique sur un échantillon et enregistre la lumière diffusée qui en ressort – ; cause de la frustration chez les chercheurs biomédicaux depuis plus d’un demi-siècle. En raison de la chaleur générée par la lumière, les protéines vivantes sont presque détruites lors des mesures optiques, ce qui entraîne des résultats décroissants et non reproductibles. Depuis peu, cependant, ces frustrations appartiennent peut-être au passé.

Un groupe de chercheurs de l’Institute for Quantum Sciences and Engineering de la Texas A&M University et de la Texas A&M Engineering Experiment Station (TEES) ont mis au point une nouvelle technique qui permet des criblages à faible concentration et à faible dose des interactions protéine-ligand dans des conditions physiologiques. conditions pertinentes. Intitulée thermostable-Raman-interaction-profiling (TRIP), cette nouvelle approche est une réponse révolutionnaire à un problème de longue date qui fournit des mesures de spectroscopie Raman sans étiquette et hautement reproductibles.

“La protéine est une molécule biologique très fragile et nécessite des soins spécifiques”, a déclaré l’auteur principal et assistant de recherche postdoctoral, le Dr Narangerel Altangerel. “Lorsque je refroidis la surface ou le substrat, je peux rendre les protéines heureuses. Je peux les piquer avec le laser, et elles peuvent maintenant produire les informations dont j’ai besoin.”

Alors que les protéines étudiées sont au niveau moléculaire, les implications de ces découvertes pourraient être énormes. Comme une serrure et une clé, une interaction protéine-ligand est la première étape de processus tels que la transduction du signal, les réponses immunitaires et la régulation des gènes. En raison de la capacité de TRIP à détecter les interactions protéine-ligand en temps réel, le calendrier des tests de médicaments et de vaccins peut être raccourci. Une autre application pourrait être clinique, transformant de longs tests pour détecter un virus en une exécution le jour même avec des résultats précis.

“L’idée générale de la loi sur la spectroscopie est qu’elle nécessite un minimum, voire aucun, pour la préparation des échantillons, de sorte qu’elle peut être transférée immédiatement à la clinique”, a déclaré le co-auteur et professeur d’université au Département de génie biomédical, le Dr Vladislav Yakovlev. “Les cliniciens et les patients n’ont pas à attendre des jours et des semaines d’analyse. Vous pouvez obtenir toutes ces réponses presque immédiatement.”

Un avantage supplémentaire de la technique TRIP est que la taille de l’échantillon nécessaire pour exécuter le test est beaucoup plus petite et nécessite une concentration en protéines plus faible, ce qui signifie un processus de test plus rentable.

“J’achetais 100 microlitres d’un échantillon pour 3 500 $, puis je dois partager cet échantillon avec plusieurs personnes et me retrouver avec seulement un échantillon de 20 à 30 microlitres”, a déclaré Altangerel. “Cela m’a obligé à utiliser un échantillon plus petit, ce qui rend Raman difficile à faire, car les échantillons à faible concentration en font un processus faible. Cela m’a poussé à me mettre au défi d’essayer différentes choses.”

Malgré la percée, l’équipe recherche d’autres aspects dans lesquels la méthode TRIP pourrait être utile.

“Dans un article de suivi, nous essayons d’identifier la composition chimique de ces protéines en utilisant simplement cette technique afin de pouvoir l’appliquer à des idées similaires liées à l’analyse de l’ADN et à d’autres molécules biologiques”, a déclaré Yakovlev. “Quelque chose qui nécessite normalement un séquençage mais qui utilise TRIP, vous n’avez donc pas besoin de préparation d’échantillon.”

Les chercheurs ont publié leurs découvertes dans le Actes de l’Académie nationale des sciences. Le projet est soutenu par l’Air Force Office of Scientific Research (AFOSR), l’Office of Naval Research, la Robert A. Welch Foundation, TEES, les National Institutes of Health et le Texas A&M University X Grants Program.

L’équipe de soutien comprend des professeurs et des étudiants affiliés à l’Institut des sciences et de l’ingénierie quantiques. Les autres auteurs crédités sont le Dr Benjamin Neuman du Département de biologie, le Dr Philip Hemmer du Département de génie électrique et informatique, Navid Rajil, le Dr Zhenhuan Yi, le Dr Alexei Sokolov et le chercheur principal Dr Marlan Scully de l’Institut de Sciences et ingénierie quantiques. Le Dr Sofi Bin-Salamon a été responsable de programme pour l’AFOSR.

“Pendant longtemps, les gens ont pensé que c’était impossible à faire”, a déclaré le Dr Yakovlev. “Mais le Dr Altangerel a démontré que rien, en effet, n’est impossible si vous faites les choses correctement.”