新的蛋白質(zhì)研究工程有望徹底消滅致命的感染性疾病
2017-06-10 17:38:27
admin
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加里·布科奇和他的同事們?cè)诘谝痪€對(duì)抗一些人類曾經(jīng)認(rèn)識(shí)的最可怕的敵人：結(jié)核病、肺炎、埃博拉病毒、鼠疫、肉毒中毒。
但他不是在醫(yī)院或野外帳篷里，不是獲取生命體征或給予藥物治療。相反，加里？布科奇的生物化學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室，前線是蛋白質(zhì)的世界——這些能使所有的生物體正常工作，并使生命成為可能的分子。使用一些最高科技的方法，他與西北太平洋地區(qū)的科學(xué)家合作，發(fā)現(xiàn)需要開發(fā)針對(duì)許多可以引起身體疼痛，惡心，疲勞，食物中毒，腹瀉，潰瘍，呼吸困難和死亡的感染性疾病的更好的治療措施或疫苗的重要信息。
加里？布科奇作為西雅圖傳染病結(jié)構(gòu)基因組學(xué)中心的一個(gè)成員，作為由國(guó)家過(guò)敏和傳染病研究所資助的兩個(gè)中心之一，負(fù)責(zé)解決使病原體生存、繁殖和感染人類的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。這些研究來(lái)自四個(gè)機(jī)構(gòu)的科學(xué)家們共同努力：傳染病研究中心，鈹研發(fā)公司，華盛頓大學(xué)，以及Buchko進(jìn)行研究的能源部太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室。
解決傳染病——一次一種蛋白質(zhì)
Garry Buchko及其同事使用NMR來(lái)解決蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，這種蛋白質(zhì)通常被蜱傳播。
本周，該團(tuán)隊(duì)達(dá)到了一個(gè)里程碑，宣布其科學(xué)家已經(jīng)從70多種在人體中引起感染性疾病的生物體解決了第1，000種蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)。研究小組研究的蛋白質(zhì)來(lái)自造成幾種嚴(yán)重疾病的微生物，包括結(jié)核病，李斯特菌，賈第蟲，埃博拉病毒，炭疽病，艱難梭菌（C. diff）感染，軍團(tuán)菌，萊姆病，衣原體感染和流感。
雖然分離用于研究的蛋白質(zhì)不是致病的，但是結(jié)構(gòu)信息為科學(xué)家提供了設(shè)計(jì)分子的機(jī)會(huì)，這些分子將在這些微生物中敲除必要的過(guò)程。
這是有挑戰(zhàn)性的工作。蛋白質(zhì)的形狀非常復(fù)雜 - 很多人看起來(lái)很像卷曲的輪子，具有多個(gè)扭曲，彎曲和循環(huán)，所有這些都被擠壓到人頭發(fā)寬度的十分之一的微小空間。這些特征的排列和長(zhǎng)度使得每種蛋白質(zhì)具有特定的生物化學(xué)特性。了解蛋白質(zhì)的精確形狀為科學(xué)家尋找新的方法來(lái)禁用病原體并阻止其可能引起的疾病提供了藍(lán)圖。
加里？布科奇和他的同事們解釋了這種在有機(jī)體中發(fā)現(xiàn)的導(dǎo)致瘧疾的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。加里？布科奇的專長(zhǎng)是核磁共振或核磁共振，這與醫(yī)生廣泛用于診斷各種醫(yī)療狀況的磁共振成像技術(shù)非常相似。 加里？布科奇在EMSL的環(huán)境分子科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，PNNL科學(xué)用戶設(shè)施辦公室的環(huán)境分析科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，利用核磁共振技術(shù)檢查病原體的蛋白質(zhì)。
雖然最終的結(jié)果是原子級(jí)的圖片，但并不像捕捉照片那么簡(jiǎn)單。相反，加里？布科奇將蛋白質(zhì)放置在NMR光譜儀內(nèi)，并記錄有關(guān)分子中所有原子核的取向，能量和其他性質(zhì)的信息。然后，他解釋信息，并將數(shù)千條數(shù)據(jù)饋送到計(jì)算機(jī)程序中以計(jì)算每個(gè)原子的位置，從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)的完整3-D重建。數(shù)據(jù)分析對(duì)于使結(jié)構(gòu)正確至關(guān)重要。
加里？布科奇在過(guò)去十年中一直是該團(tuán)隊(duì)20多年研究的作者。他的目標(biāo)是導(dǎo)致結(jié)核病，瘧疾，出血熱的病原體，以及導(dǎo)致嚴(yán)重腹瀉和腹痛的水性寄生蟲。
微生物中的一種蛋白質(zhì)會(huì)導(dǎo)致嗜酸性粒細(xì)胞減少癥，最常發(fā)生在熱帶氣候的人群中。污染的灰塵或土壤被吸入時(shí)，感染通常會(huì)在肺部開始。
SSGCID科學(xué)家發(fā)表了100多份手稿，詳細(xì)介紹了他們的發(fā)現(xiàn)。此外，所有的結(jié)構(gòu)都通過(guò)稱為蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)的公共數(shù)據(jù)庫(kù)立即與科學(xué)界共享。因此，這些結(jié)構(gòu)已被用于來(lái)自世界各地正在研究人類病原體的學(xué)術(shù)界，研究機(jī)構(gòu)和制藥公司的其他實(shí)驗(yàn)室近600篇科學(xué)論文。分享其發(fā)現(xiàn)，使世界各地的科學(xué)家能夠進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)是SSGCID使命的核心。
位于西雅圖的中心是由NIAID資助的兩個(gè)中心之一（合同號(hào)HHSN272201200025C）。 另一個(gè)總部設(shè)在芝加哥，是傳染病結(jié)構(gòu)基因組學(xué)中心，其中包括另一個(gè)DOE實(shí)驗(yàn)室，阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室。 SSGCID由傳染病研究中心的教授兼核心服務(wù)主管Peter Myler領(lǐng)導(dǎo)。
“當(dāng)SSGCID解決蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)時(shí)，它為CID Research和世界各地的研究人員奠定了基礎(chǔ)，為每年殺死數(shù)千人的疾病尋找新的藥物，治療和疫苗候選者，”Myler說(shuō)。 “我為我們團(tuán)隊(duì)和我們忠實(shí)的合作伙伴所做的辛勤工作感到自豪。”(生物谷Bioon.com）