Wirus, który zagrażał ludzkości, otwiera przyszłość

Zdjęcie: gettyimages

Wirusy są wyjątkowo zaprojektowane do zamykania materiału genetycznego w kulistych otoczkach białkowych, umożliwiając im replikację i inwazję komórek gospodarza, często powodując choroby. Zainspirowani tymi złożonymi strukturami, naukowcy badają sztuczne białka wzorowane na wirusach. Te „nanoklatki” naśladują zachowanie wirusów, skutecznie dostarczając geny terapeutyczne do komórek docelowych. Jednakże, istniejące nanoklatki stoją przed poważnymi wyzwaniami: ich niewielki rozmiar ogranicza ilość materiału genetycznego, który mogą przenosić, a ich proste konstrukcje nie są w stanie skopiować wielofunkcyjności naturalnych białek wirusowych.

Aby zaradzić tym ograniczeniom, zespół badawczy wykorzystał projektowanie obliczeniowe oparte na AI. Podczas gdy większość wirusów demonstruje symetryczne struktury, charakteryzują się one także subtelnymi asymetriami. Wykorzystując AI, zespół odtworzył te zniuansowane cechy i po raz pierwszy z powodzeniem zaprojektował nanoklatki w kształtach czworościennych, ośmiościennych oraz dwudziestościennych. Wynikłe nanostruktury składają się z czterech rodzajów sztucznych białek, tworząc złożone struktury z sześcioma odrębnymi interfejsami białko-białko. Pośród nich, struktura dwudziestościenna, mierząca do 75 nanometrów średnicy, wyróżnia się zdolnością do przechowywania trzy razy więcej materiału genetycznego niż konwencjonalne wektory dostarczania genów, takie jak dependowirus (AAV), zaznaczając istotny postęp w terapii genowej.

Mikroskopia elektronowa potwierdziła, że zaprojektowane przez AI nanoklatki osiągnęły  zgodnie z zamierzeniami precyzyjnie symetryczne struktury. Eksperymenty funkcjonalne dowiodły ich zdolności do skutecznego dostarczania ładunków terapeutycznych do komórek docelowych, torując drogę do praktycznych zastosowań medycznych. „Postępy w dziedzinie sztucznej inteligencji otworzyły drzwi do nowej ery, w której możemy projektować i składać sztuczne białka, aby zaspokoić potrzeby ludzkości” powiedział profesor Sangmin Lee. „Mamy nadzieję, że te badania nie tylko przyspieszą rozwój terapii genowych, ale także doprowadzą do przełomu w szczepionkach nowej generacji oraz innych innowacjach biomedycznych”.

Profesor Lee, który wcześniej pracował jako badacz podoktorancki w laboratorium profesora Bakera na University of Washington, przez prawie trzy lata – od lutego 2021 roku do końca 2023 roku – zanim dołączył do POSTECH w styczniu 2024 roku. To badanie było wspierane przez Ministerstwo Nauki i ICT Republiki Korei w ramach Programu Wybitnego Młodego Naukowca, Programu Rozwoju Nano i Technologii Materiałowych oraz Programu Global Frontier Research, z dodatkowym finansowaniem zapewnionym przez Instytut Medyczny Howarda Hughesa (HHMI) w Stanach Zjednoczonych.