Новое поколение биодатчиков для измерения глюкозы

Механизмы связи на внутриклеточном уровне основаны на взаимодействии между белками или между белками, метаболитами и другими лигандами (связующими молекулами). Эти явления помогают объяснить огромное количество функций белков в живых организмах, но самое главное то, что каждый белок точно знает, с каким лигандом он должен связаться.

До настоящего времени в научном сообществе было признано существование двойного механизма связывания между белками, дифференцированного и изолированного, как двух независимых процессов: некоторые белки связываются с помощью одного механизма, известного как “индуцирование формы” (белок принимает форму лиганда в ходе процесса ассоциации), в то время как другие белки связываются исключительно через механизм под названием “конформационный выбор” (так же, как для каждого замка требуется ключ со специфическими характеристиками, связывание между белком и лигандом будет зависеть от их форм, которые делают эту связь возможной).

Однако, в данном исследовании доктор Оскар Миллет из структурного биологического подразделения в CIC bioGUNE, опубликовавший свою работу в ноябрьском выпуске Журнала Американского химического общества, опровергает эту парадигму и выдвигает идею о том, что небольшие изменения, внесённые с помощью генной инженерии в связующую область между двумя белками, способны изменить механизм связывания.

Для развития этого исследования в качестве модели были взяты два бактериальных периплазматических белка. Эти белки связываются с помощью конформационных изменений (закрытие двух областей в месте связывания), что похоже на процесс, который плотоядные растения используют, чтобы заманить насекомых в ловушку между их мясистыми лепестками.

«Основной результат нашей работы показал, что оба механизма тесно связаны, и что мы можем перейти от одного к другому, внеся лишь небольшие изменения в белок»,- объяснил Оскар Миллет.

«Мы не только поняли этот механизм, но и выяснили, что различие между “индуцированием формы” и “конформационным выбором” очень трудноуловимо; они на самом деле не являются независимыми процессами – фактически, всё связано. Природа всегда очень тонка, и небольшие изменения в химической структуре приводят нас от одного механизма к другому», - добавил исследователь CIC bioGUNE.

«Этот механизм полностью регулируется шарнирной областью, ведь при смене связующих областей с помощью генной инженерии, меняется и механизм связывания: GGBP с шарниром RBP действует через механизм индуцирования формы, и наоборот, RBP с шарниром GGBP образует связь с субстратом через механизм ключ-замок», - объяснил доктор Миллет.

«Понимание механизма, с помощью которого периплазматические белки “ловят” глюкозу, чтобы доставить её в клетку, открывает возможность использования этих молекул в качестве биосенсоров», - объяснил доктор Миллет. Благодаря этому, концентрация глюкозы могла бы измеряться в других жидкостях помимо крови, например, в моче. Это могло бы упростить процесс, и предоставлять более надежные данные, чем традиционные методы измерения концентрации глюкозы в крови пациентов с диабетом.

Техники, которые используются в настоящее время, могут дать только приблизительное значение концентрации глюкозы крови, так как есть другие вещества, скрывающие глюкозу. Поэтому любое продвижение в поиске новых диагностических методов улучшит контроль над заболеванием.

Диабет
Для пациентов больных диабетом очень важно измерять концентрацию глюкозы, ведь диабет является серьёзным хроническим расстройством, от которого страдают более 300 миллионов человек во всём мире и 5 миллионов в Испании. Это метаболическое заболевание обусловлено низкой продукцией гормона-инсулина в поджелудочной железе или неправильным использованием этого гормона организмом. Инсулин вовлечен в процесс транспорта глюкозы внутрь клеток, которые превращают её в полезную энергию.

У больных диабетом низкое производство инсулина или неадекватное его использование организмом приводит к чрезмерной концентрации глюкозы в крови, и вызывает множество симптомов, таких как усталость, потеря веса, нейропатии, проблемы со зрением и, в крайнем случае, смерть.