Биологи создали класс белковых биосенсоров, которые светятся в присутствии заданного патогена или маркера заболевания. По словам исследователей, модульность системы позволяет достаточно быстро создавать биосенсоры на новые молекулы-мишени: для этого достаточно провести компьютерный анализ и заменить один из доменов белка.

Авторы опубликованной в Nature работы опробовали описанный ими сенсор на ботулотоксине, коронавирусе, маркере инфаркта миокарда и других клинически значимых мишенях.

Биосенсоры на основе белков играют важную роль в синтетической биологии. В фундаментальных исследованиях белковые сенсоры используют для изучения процессов, протекающих в клетках, а в медицине с их помощью, например, надеются предсказывать эффективность терапии для пациентов с онкологическими заболеваниями. Подобные сенсоры создаются на основе существующих в природе белков. Для этого подбирается белковый домен, который может связываться с целевой молекулой-мишенью, и соединяется с репортерным доменом, который выдает читаемый сигнал.

Главный недостаток такого подхода — трудозатратность, потому что требуется много биоинженерных преобразований, чтобы получить эффективный биосенсор из этих двух доменов. Поэтому исследователи ищут универсальную платформу, на основе которой можно будет легко создавать биосенсоры на белковые молекулы различных патогенов или маркеров заболеваний, просто заменяя в нем необходимые «детали».

Рациональный компьютерный дизайн белков, который активно развивается в последние годы, позволяет создавать белки с необходимыми характеристиками de novo. В качестве биосенсора может служить белковая система, обладающая двумя почти равными энергетическими состояниями. И присутствие молекулы-мишени должно регулировать, будет ли протекать реакция в сторону видимого ответа, например свечения или смены цвета.

Ученые выделяют три требования к потенциальной сенсорной системе: изменение в системе должно приводить к видимому результату; изменение в системе, которое приводит к видимому результату, не должно зависеть от молекулы-мишени, чтобы систему в целом можно было использовать для детекции разных веществ; и, наконец, система должна легко поддаваться настройке, чтобы можно было детектировать вещества с разными энергетическими характеристиками связывания с сенсором, и чтобы можно было регулировать минимальную детектируемую концентрацию.

Исследователи из Вашингтонского университета под руководством Дэвида Бэйкера (David Baker) создали белковую систему, которая удовлетворяет этим требованиям.