Новый высокопроизводительный метод разработки белковых лекарств создала группа ученых из Института белкового дизайна Вашингтонского университета в Сиэтле, США. 24 марта их исследование было опубликовано в журнале Nature.

Ученые из лаборатории Дэвида Бейкера, профессора биохимии в Медицинской школе Вашингтонского университета, используя компьютерное моделирование, разработали структуры молекул белка, которые могут воздействовать на важные белки в организме, такие как рецепторы инсулина, а также на уязвимые белки на поверхности вирусов.

Предложенный ими способ решает давнюю проблему разработки новых лекарств и может привести к новым методам лечения рака, диабета, различных инфекций, воспалений и других заболеваний.

Дэвид Бейкер сказал о новой разработке: «Возможность генерировать новые белки, которые прочно и специфически связываются с любой желаемой молекулярной мишенью, — это сдвиг парадигмы в разработке лекарств и молекулярной биологии в более широком смысле».

Наиболее распространенными лекарственными препаратами на основе белков в настоящее время являются антитела. Они функционируют через механизм связывания со специфической для каждого из них молекулярной мишенью, которая затем либо активируется, либо деактивируется.

С помощью антител можно лечить множество заболеваний, в том числе COVID-19 и рак. Однако создание новых антител является сложной задачей, как и последующее производство лекарств на их основе.

Объединив в своей разработке последние достижения в области вычислительного дизайна белков, группа из лаборатории Бейкера, разработала стратегию создания новых белков, которые связывают молекулярные мишени аналогично антителам.

Программное обеспечение (ПО), разработанное ими, сканирует молекулу-мишень, определяет потенциальные участки — сайты связывания, генерирует структуру белков, которые нацелены на эти сайты, а затем проводит скрининг из миллионов белков-кандидатов на связывание, чтобы выявить те из них, которые, скорее всего, будут его выполнять.

В процессе исследования нового программного обеспечения были созданы высокоаффинные связывающие белки для 12 различных молекулярных мишеней. Ими стали важные клеточные рецепторы TrkA, ответственные за функциональные свойства нейронов; EGFR, стимулирующие клеточный рост; Tie2, отвечающие за развитие и дифференцировку клеток, и рецептор инсулина, а также белки на поверхности вирусов гриппа и SARS-CoV-2, вызывающего COVID-19.

Всего команда разработала структуру более полумиллиона потенциальных связывающих белков для выбранных молекулярных мишеней. Данные, собранные по этому большому массиву связывающих белков-кандидатов, были ими использованы для совершенствования общего метода.

Разработанный ими подход теперь позволяет целенаправленно создавать связывающие вещества для участков, представляющих интерес, на широком спектре белков для терапевтических и диагностических применений.

«Мы с нетерпением ждем возможности увидеть, как эти молекулы можно будет использовать в клиническом контексте и, что более важно, как этот новый метод разработки белковых препаратов может привести к еще более многообещающим соединениям в будущем», — сказал один из разработчиков ПО Брайан Ковентри.