Duke spinout CasTag BioSciences rakentaa paremman proteiiniloukun NCBiotechin tehosteella

DURHAM – Elämäntutkijat rakastavat vasta-aineita, ei vain siksi, että nämä pienet proteiinit auttavat suojelemaan meitä kaikkia taudinaiheuttajilta, vaan koska vasta-aineet ovat myös erittäin kätevä laboratoriotyökalu tutkimuksessaan kiinnostavien proteiinien tunnistamiseen ja merkitsemiseen.

Kun yrität löytää jotain hyvin pientä, tarvitset itty bitty -lipun merkitsemään sen. Se on vasta-aine.

Kuten useimmat biotieteen tutkijat, Duke-solubiologian tuoli Scott Soderling on ollut riippuvainen mukautetuista vasta-aineista, satojen erilaisten toimituslaboratorioiden tilauksesta valmistamiin molekyyleihin, jotka auttavat tutkijoita löytämään ja merkitsemään tiettyjä proteiineja soluviljelmistä ja elävistä organismeista.

"Mutta siellä on ongelma", hän selittää pienessä konferenssihuoneessa Nanaline Duke -toimistonsa vieressä. ”Viisikymmentä prosenttia markkinoilla olevista vasta-aineista on roskaa. Ne eivät ole erityisiä. Ne saattavat sitoa sen, minkä luulet sitovan, mutta sitten ne sitoutuvat muihin asioihin, joista et tiedä, tai ne eivät sido ollenkaan sitä, mihin haluat sitoutua.”

Vielä pahempaa on, että yksi räätälöityjen vasta-aineiden erä ei välttämättä ole sama kuin edellinen. "Sano, että sinulla on täydellinen vasta-aine, joka sitoo juuri sen mitä haluat eikä mitään muuta. Ja sitten tilaat seuraavan erän, ja siellä on eri valmistetta toisesta eläimestä, ja olet takaisin alkuperäisessä tilassa. Se ei toimi.”

"Näiden huonojen vasta-aineiden uskotaan johtavan suureen osaan toistamattomista tuloksista", Soderling sanoo. "Joten se maksaa rahaa, se maksaa aikaa ja se maksaa uskottavuutta. Tämä on valtava ongelma tieteelle, sekä akateemiselle että teollisuudelle. Osittain ongelma johtuu siitä, että mukautetut vasta-aineiden valmistustekniikat ovat peräisin 1970-luvulta, hän sanoo.

Mutta Soderling on perustanut Duke spinout -yrityksen, jonka hän toivoo ratkaisevan luotettavuusongelman. CasTag BioSciences perustuu hänen laboratoriossaan kehitettyyn tekniikkaan, joka merkitsee kiinnostavat proteiinit aivan uudella tavalla genominmuokkaustyökalulla CRISPR.

Yksi Soderlingin tutkimuksen tärkeimmistä tavoitteista on ollut proteiinien tunnistaminen aivojen synapseista, hermosolujen välisistä pienistä rakoista, joissa signaaleja lähetetään ja vastaanotetaan. Kaikkea tätä signalointia säätelevät tietyt proteiinit. Mutta kaikkien näiden synapsissa olevien proteiinien tunnistaminen ja niiden solulle sanoman tulkitseminen on valtava ongelma hyvin pienessä tilassa. Vasta-aineet ovat keskeinen apuväline, mutta työ on ollut turhauttavaa ja hidasta, osittain siksi, että mukautettujen vasta-aineiden kanssa työskentely on vaikeaa.

Noin kolme vuotta sitten, kun uutiset uudesta geeninmuokkausteknologiasta nimeltä CRISPR levisivät, Soderling ja hänen tiiminsä halusivat nähdä, voisiko se antaa heille paremman tavan merkitä ja visualisoida satoja ja jopa tuhansia proteiineja, joita he havaitsivat pienestä. neuronien välinen synapsi.

"Meillä oli ajatus, että CRISPR voisi olla todella hämmästyttävä työkalu ratkaista kiireellinen ongelma, joka liittyy näiden satojen proteiinien tunnistamiseen ja merkitsemiseen", Soderling sanoo. "Kehitimme uuden modulaarisen menetelmän merkintäongelman pohjimmiltaan käsittelemiseksi ja sen kääntämiseksi päälaelleen."

He käyttävät CRISPR:ää muokatakseen lyhyitä sekvenssejä geeniksi niin, että jokainen sen tuottama proteiini sisältää heidän luomansa tunnisteen, jonka tunnistaa tunnettu, luotettava ja hyvin karakterisoitu vasta-aine sen sijaan, että se havaitsee pimeässä. vasta-aine.

"Nämä vasta-aineet tunnistavat pienen osan aminohapposekvenssejä", Soderling selittää. "Joten otamme vain noita aminohappoja koodaavan DNA:n - kahvan - ja painamme sen suoraan geeniin in vivo tai soluun", Soderling sanoo.

Kun konseptikokeet tuottivat kauniita proteiinimerkintöjä hiiren aivoissa, Soderling katsoi kuvia ja sanoi: "Okei, se on valtava."

Itse asiassa he nimesivät uuden järjestelmänsä HiUGE:ksi (homologiasta riippumaton universaali genomitekniikka), ja se saattaa olla todella valtava.

He ovat alkaneet kutsua sitä plug and play -biologiaksi, koska vain muutamalla tunnisteella he voivat käsitellä satoja tuntemattomia proteiineja ja jopa lisätä useita tunnisteita geeniin samanaikaisesti. Soderling sanoo, että järjestelmä on modulaarinen ja helppokäyttöinen, mikä mahdollistaa puoliautomaattiset, korkean suorituskyvyn lähestymistavat proteiinien leimaamiseen.

Ajattele analogisesti jakeluauton kuljettajaa, joka kulkee hitaasti alas korttelia pimeän tultua sateessa ja etsii taloa numero 2345. Se, mitä Soderling ja hänen tiiminsä ovat tehneet, ovat laittaneet jokaiseen taloon numero 2345 kirkkaan kyltin, jossa lukee "Hei UPS! Täällä!"

HiUGE-järjestelmä toimitetaan eläviin soluihin joko maljassa tai organismissa adeno-assosioituneen virusparin toimesta, jotka toimivat tiiminä. Yhdessä viruksessa on ohjaava RNA, joka merkitsee paikan, josta CRISPR:n tulee leikata DNA ja lisätä uusi koodinpätkä. Toinen adeno-assosioitunut virus kantaa "hyötykuormaa", heidän kehittämänsä tunnisteen tai tunnisteita, jotka nyt rakennetaan jokaiseen geenin myöhemmin tuottamaan proteiiniin.

Vektorit, mukaan lukien synteettinen ohjaus-RNA ja HiUGE-tunnisteet, ovat agnostisia tai "homologiasta riippumattomia", kuten nimestä voi päätellä. He eivät välitä mikä geeni heidän ympärillään on. "Suunnittelimme tämän opastavan RNA:n siten, että se ei erityisesti tunnista mitään hiiren, ihmisen, apinan, kissan tai aasin genomeista", Soderling sanoo.

Se on fiksu tapa tutkia tuntematonta.

Tämä lähestymistapa ei ainoastaan edistä heidän omaa työtään, vaan Soderling alkoi ymmärtää, että nopea, joustava ja tarkempi tapa merkitä proteiineja voi olla myös liiketoimintamahdollisuus. Pienellä tutkimuksella hän päätti, että mukautettujen vasta-aineiden markkinat ovat $2,4 miljardia – jälleen tuotteilla, jotka toimivat mainostetulla tavalla puolet ajasta.

Hän otti yhteyttä Duke's Office of Licensing and Ventures -toimistoon (OLV) aloittaakseen patentointiprosessin ja saadakseen neuvoja yrityksen perustamiseen. "Sitten minun piti löytää tapa hoitaa yritystä, koska minulla on jo hyvä päivätyö." Itse asiassa hänet oli juuri nimitetty solubiologian johtajaksi suunnilleen samaan aikaan.

OLV:n suosituksesta Soderling vieraili Biolabs North Carolinassa, Durhamin keskustassa sijaitsevassa Chesterfield-rakennuksessa sijaitsevassa yhteisessä työtilassa, joka vuokraa yksittäisiä märkälaboratoriopenkkejä kuukausittain ja tarjoaa kaikki startup-yrityksen tarvitsemat peruslaitteet, mukaan lukien jäähdytyksen, geenit. -PCR-koneiden, sentrifugien jne. kopiointi. Hän esitti ideansa Biolabsille ja katseli ympärilleen.

Seuraavana päivänä BioLabs NC:n presidentti Ed Field soitti Soderlingille ja kysyi, haluaisiko hän apua yrityksen pyörittämiseen. Field, startup-veteraani, on nyt CasTagin toimitusjohtaja. Yritys on kerännyt tarpeeksi rahaa North Carolina Biotechnology Centerin lainalla palkatakseen äskettäin Fuqua Business Schoolista valmistuneen yrityskehitysjohtajaksi ja entisen jälkitohtorin Soderlingille johtamaan laboratoriota osa-aikaisesti, kun hän etsii työtä alalta. .

"Meillä on verkkosivusto. Meillä on tilauksia. Meillä on asiakkaita. Se on vauhdissa, Soderling sanoo hämmästyneellä äänellään. Hänen konferenssipuheensa HiUGEsta ja 1. heinäkuuta 2019 Neuronissa julkaistu paperi herättivät huomiota. Sitten lehti julkaistiin uudelleen yhtenä lehden "parhaista 2018-2019", mikä herätti vielä enemmän huomiota.

Ja nyt heillä on myös ideoita uusiin tuotteisiin. "Toivon, että tämä laajenee ja tulee vielä isommaksi kuin vain proteiinien merkitseminen", Soderling sanoo.

"Tiedätkö, että Pohjois-Carolina oli tuolloin tuotantovaltio", sanoo Soderling, pehmeäääninen syntyperäinen tennesseläinen. "Haluaisin herätä jonain päivänä ja ajaa Durhamin keskustaan ja nähdä yhden entisen valmistusvaraston huminaavan ihmisten kanssa, jotka valmistavat näitä reagensseja lähetettäväksi ympäri maailmaa. Se on unelma."

(c) North Carolina Biotechnology Center

Alkuperäinen artikkelin lähde: WRAL TechWire