Firma wydzielona z firmy Duke, CasTag BioSciences, dzięki wsparciu NCBiotech buduje lepszą pułapkę na białka

DUHAM – Naukowcy zajmujący się naukami przyrodniczymi uwielbiają przeciwciała nie tylko dlatego, że te małe białka pomagają chronić nas wszystkich przed patogenami, ale także dlatego, że przeciwciała są również bardzo przydatnym narzędziem laboratoryjnym do identyfikacji i oznaczania białek będących przedmiotem ich badań.

Kiedy próbujesz znaleźć coś bardzo małego, potrzebujesz małej flagi, aby to oznaczyć. To jest przeciwciało.

Podobnie jak większość badaczy nauk przyrodniczych, kierownik biologii komórki w Duke, Scott Soderling, polega na niestandardowych przeciwciałach, cząsteczkach wytwarzanych na zamówienie przez setki różnych laboratoriów, które pomagają naukowcom znajdować i oznaczać określone białka w kulturach komórkowych i organizmach żywych.

„Ale jest problem” – wyjaśnia w małej sali konferencyjnej sąsiadującej z jego biurem Nanaline Duke. „Pięćdziesiąt procent przeciwciał dostępnych na rynku to śmieci. Nie są konkretne. Mogą wiązać to, co myślisz, że wiążą, ale potem wiążą się z innymi rzeczami, o których nie wiesz, lub w ogóle nie wiążą tego, z czym chcesz się wiązać.

Co gorsza, jedna partia dostosowanych przeciwciał może nie być taka sama jak ostatnia. „Powiedzmy, że masz doskonałe przeciwciało, które wiąże dokładnie to, czego chcesz i nic więcej. A potem zamawiasz następną partię, a tam jest inny preparat od innego zwierzęcia i wracasz do punktu wyjścia. To nie działa.”

„Uważa się, że te złe przeciwciała prowadzą do dużej części nieodtwarzalnych wyników” – mówi Soderling. „To kosztuje, kosztuje czas i kosztuje wiarygodność. Jest to ogromny problem dla nauki, zarówno akademickiej, jak i przemysłowej.” Problem częściowo wynika z faktu, że niestandardowe techniki wytwarzania przeciwciał sięgają lat 70. XX wieku, mówi.

Jednak Soderling założył spółkę typu spin-out Duke, która, jak ma nadzieję, rozwiąże problem niezawodności. CasTag BioSciences opiera się na technologii opracowanej w jego laboratorium, która oznacza białka będące przedmiotem zainteresowania w zupełnie nowy sposób, przy użyciu narzędzia do edycji genomu CRISPR.

Jednym z głównych założeń badań Soderlinga była identyfikacja białek w synapsach mózgu, czyli maleńkich przerwach między komórkami nerwowymi, gdzie sygnały są przesyłane i odbierane. Cała ta sygnalizacja jest regulowana przez specyficzne białka. Ale identyfikacja wszystkich tych białek w synapsie i interpretacja tego, co mówią do komórki, to ogromny problem na bardzo małej przestrzeni. Przeciwciała są kluczowym narzędziem, ale praca jest frustrująca i powolna, częściowo z powodu trudności w pracy z niestandardowymi przeciwciałami.

Około trzy lata temu, gdy rozeszła się wieść o nowej technologii edycji genów zwanej CRISPR, Soderling i jego zespół chcieli sprawdzić, czy mogłaby ona zapewnić im lepszy sposób znakowania i wizualizacji setek, a nawet tysięcy białek, które wykrywali w maleńkich synapsa między neuronami.

„Wpadliśmy na pomysł, że CRISPR może być naprawdę niesamowitym narzędziem do rozwiązania palącego problemu identyfikacji i oznakowania tych setek białek” – mówi Soderling. „Opracowaliśmy nową, modułową metodę, która w zasadzie pozwalała na rozwiązanie problemu etykietowania i wywrócenie go do góry nogami”.

Używają CRISPR do edycji krótkich sekwencji genu, tak aby każde wytwarzane przez niego białko zawierało utworzony przez siebie znacznik, który jest wykrywany przez znane, niezawodne i dobrze scharakteryzowane przeciwciało, a nie zwyczajowy strzał w ciemność przeciwciało.

„Te przeciwciała rozpoznają mały segment sekwencji aminokwasów” – wyjaśnia Soderling. „Więc po prostu bierzemy DNA kodujący te aminokwasy – uchwyt – i wrzucamy ten uchwyt prosto do genu in vivo lub w komórce” – mówi Soderling.

Po tym, jak eksperymenty weryfikujące koncepcję dały piękne oznakowanie białek w mózgu myszy, Soderling spojrzał na obrazy i powiedział: „OK, jest ogromny”.

Rzeczywiście nazwali swój nowy system HiUGE (uniwersalna inżynieria genomu niezależna od homologii) i rzeczywiście może być ogromny.

Zaczęli nazywać to biologią typu „plug and play”, ponieważ za pomocą zaledwie kilku znaczników mogą adresować setki nieznanych białek, a nawet mogą umieścić wiele znaczników w genie w tym samym czasie. Soderling twierdzi, że system jest modułowy i łatwy w użyciu, co umożliwi półautomatyczne i wysokowydajne podejście do znakowania białek.

Dla analogii wyobraźmy sobie kierowcę ciężarówki dostawczej jadącego powoli ulicą po zmroku w ulewie w poszukiwaniu domu numer 2345. Soderling i jego zespół umieścili na każdym domu numer 2345 jasny znak z napisem „Hej, UPS! Tutaj!"

System HiUGE jest dostarczany do żywych komórek, na szalce lub w organizmie, przez parę wirusów związanych z adenowirusami, pracujących jako zespół. Jeden wirus niesie kierujący RNA, który zaznaczy miejsce, w którym CRISPR powinien przeciąć DNA i wstawić nowy fragment kodu. Drugi wirus związany z adenowirusem niesie „ładunek”, opracowany przez niego znacznik lub znaczniki, które będą teraz wbudowane w każde białko wytwarzane następnie przez gen.

Wektory, w tym syntetyczny przewodnik RNA i znaczniki HiUGE, są agnostyczne, czyli „niezależne od homologii”, jak sama nazwa wskazuje. Nie interesuje ich, jaki gen jest wokół nich. „Zaprojektowaliśmy ten przewodnik RNA w taki sposób, aby nie rozpoznawał niczego w genomie myszy, człowieka, małpy, kota czy osła” – mówi Soderling.

To sprytny sposób na odkrywanie nieznanego.

Takie podejście nie tylko przyczynia się do postępu w ich własnych pracach, ale Soderling zaczął zdawać sobie sprawę, że szybki, elastyczny i dokładniejszy sposób znakowania białek może być również szansą biznesową. Po krótkich poszukiwaniach odkrył, że niestandardowe przeciwciała to rynek o wartości $2,4 miliarda – znowu produkty, które działają zgodnie z reklamą tylko w połowie przypadków.

Skontaktował się z Biurem Licencjonowania i Przedsięwzięć Duke’a (OLV), aby rozpocząć proces patentowy i uzyskać porady dotyczące zakładania firmy. „Następnie musiałem znaleźć sposób na prowadzenie firmy, ponieważ mam już świetną pracę na co dzień”. Prawdę mówiąc, mniej więcej w tym samym czasie został mianowany katedrą biologii komórki.

Zgodnie z zaleceniem OLV Soderling odwiedził Biolabs North Carolina, wspólną przestrzeń roboczą w budynku Chesterfield w centrum Durham, która co miesiąc wynajmuje indywidualne stanowiska do mokrego laboratorium i zapewnia cały podstawowy sprzęt potrzebny startupowi, w tym urządzenia chłodnicze, gen -kopiowanie maszyn do PCR, wirówek itp. Podrzucił swój pomysł Biolabs i rozejrzał się.

Następnego dnia prezes BioLabs NC, Ed Field, zadzwonił do Soderlinga i zapytał, czy potrzebuje pomocy w prowadzeniu firmy. Field, weteran startupów, jest obecnie dyrektorem generalnym CasTag. Dzięki pożyczce z Centrum Biotechnologii Północnej Karoliny firma zebrała wystarczającą ilość pieniędzy, aby zatrudnić niedawnego absolwenta Fuqua Business School jako kierownika ds. rozwoju biznesu i byłego postdoktora dla Soderlinga, aby prowadził laboratorium w niepełnym wymiarze godzin, podczas gdy ten będzie szukał pracy w branży .

„Mamy stronę internetową. Mamy rozkazy. Mamy klientów. Wszystko działa i działa” – mówi Soderling z nutą zdumienia w głosie. Pewne zainteresowanie wzbudziły jego wystąpienia konferencyjne na temat HiUGE i artykuł z 1 lipca 2019 r. w Neuronie. Następnie artykuł został ponownie opublikowany jako jeden z „najlepszych w latach 2018–2019” czasopisma, co wzbudziło jeszcze większe zainteresowanie.

A teraz mają też pomysły na nowe produkty. „Mam nadzieję, że to się rozwinie i stanie się jeszcze większe niż tylko znakowanie białek” – mówi Soderling.

„Wiesz, Karolina Północna była kiedyś stanem przemysłowym” – mówi Soderling, łagodny mieszkaniec Tennessee. „Chciałbym obudzić się pewnego dnia, pojechać do centrum Durham i zobaczyć jeden z byłych magazynów produkcyjnych, w którym pełno było ludzi produkujących te odczynniki i wysyłanych na cały świat. To jest marzenie.”

(c) Centrum Biotechnologii Karoliny Północnej

Oryginalne źródło artykułu: WRALTechWire