پژوهشگران نشان دادند که با دستکاری ژنتیکی سلول‌ها می‌توان آن‌ها را به‌گونه‌ای اصلاح کنند که امکان تولید برخی محصولات زیستی نظیر پروتئینها با کمک این سلول‌ها فراهم شود.
دستکاری ژنتیکی سلول برای تولید محصولات زیستی با دقت نانویی
پروتئینها نقش مهمی در زندگی انسان‌ها دارند، بسیاری به دنبال توسعه پروتئین‌های مصنوعی هستند. با این حال، سنتز پروتئینی مصنوعی کاری چالش برانگیز است. به ویژه این که مونومرها، عناصر سازنده پروتئینها، را به سختی می‌توان کنار هم قرار داد. در محیط‌های آزمایشگاهی این کار با کنترل دقیق شرایط سنتز، مانند pH (اسیدیته) و دما انجام میشود.
اما پژوهشگران ژاپنی روشی برای دور زدن این سیستم ارائه کرده‌اند. استفاده از بلورهای پروتئینی، به‌عنوان ماتریس‌های پیش‌ساز برای تولید مجموعه‌های پروتئینی روشی است که محققان موسسه فناوری توکیو از آن استفاده کردند.
تیمی از دانشمندان به سرپرستی پروفسور تاکافومی اونو روی یک روش امیدوار‌کننده برای سنتز مجموعه‌هایی از بلورهای پروتئینی کار کرده‌اند. راهبرد آن‌ها شامل وارد کردن جهش در کد ژنتیکی اورگانیسم است که به‌طور طبیعی بلورهای پروتئین تولید می‌کند. این جهش‌ها باعث ایجاد پیوندهای دی سولفید (S-S) بین مونومرها در مکان‌های بسیار مشخص در بلورها میشود. سپس بلورها حل می‌شوند، اما پیوندهای S-S تازه وارد شده به‌جای تجزیه کامل به مونومرهای جداگانه خود، گروه‌هایی از مونومرها را که کنار هم نگه داشته شده‌اند، تشکیل می‌دهند. با استفاده از این روش، تیم تاکافومی اونو موفق شده است قفس‌های پروتئینی و لوله‌ها‌یی را با استفاده از سلول‌های زنده سنتز کند. در واقع سلول‌های زنده به‌عنوان چاپگرهای نانو سه‌بعدی در این پروژه استفاده می‌شوند.
این رویکرد جدید محققان ژاپنی به‌عنوان یک روش ابتکاری برای سنتز ساختارهای پروتئینی از طریق مهندسی ژنتیک منطقی و با استفاده از ابزارهایی است که به‌طور طبیعی در دسترس سلول‌های موجودات خاص است.
آن‌ها از کشت سلول‌های حشرات آلوده به ویروسی که باعث بیان بیش از حد مونومری بنام «TbCatB» شد، استفاده کردند. این مونومرها به‌طور طبیعی درون سلول‌ها به بلورهای پروتئینی تجمع می‌یابند، که در آنجا با فعل و انفعالات غیرکووالانسی نسبتاً ضعیف بین مونومرها در کنار هم نگه داشته می‌شوند. دانشمندان از نظر راهبردی دو جهش در سلول‌ها ایجاد کردند به طوری که هر مونومر دارای دو گروه تیول (-SH) سیستئین در نقاط حیاتی رابط با مونومرهای دیگر بود.
این بلورها از سلول‌ها استخراج شده و در دمای اتاق اکسید می‌شوند، که باعث میشود گروه‌های تیول به پیوندهای قوی S-S بین مونومرهای مجاور تبدیل شوند. هنگامی که بلورها حل شدند، این پیوندهای دی سولفید، همراه با برخی از برهم‌کنش‌های غیرکووالانسی، منجر به تشکیل رشته‌های پروتئینی دسته‌ای شد که عرض آن‌ها حدود ۸٫۳ نانومتر بود. تاکافومی اونو می‌گوید: «با این راهبرد جدید، در حالی که تجمع تصادفی مونومرها را به دلیل پیوندهای دی‌سولفیدی ناخواسته سرکوب می‌کنیم، به یک ترتیب بسیار دقیق از مولکول‌های پروتئین دست می‌یابیم.»
به گفته محققان این پروژه، فقط زمان نشان خواهد داد که با استفاده از این راهبرد چه ساختارهای مولکولی مفیدی دیگر می‌توان تولید کرد.
