به گزارش زیستنا به نقل از Karolinska Institutet، پژوهشگران انستیتو کارولینسکا (Karolinska Institutet) در سوئد و دانشگاه علوم کشاورزی سوئد (Swedish University of Agricultural Sciences) کشف کرده‌اند که پروتئین‌های تار عنکبوت را می‌توان به پروتئین‌هایی متصل کرد که از نظر زیستی فعالیت دارند و در دمای بدن به ژل تبدیل نمود. یکی از اهداف این کار، ایجاد محلول پروتئینی قابل تزریقی است که درون بدن ژل تشکیل می‌دهد. از این محصول می‌توان در مهندسی بافت و آزادسازی دارو استفاده کرد؛ علاوه بر این می‌توان ژل‌هایی ساخت که می‌توانند فرایندهای شیمیایی را که در آن‌ها از آنزیم‌ها استفاده می‌شوند، ساده کنند. این مطالعه در ژورنال Nature Communications منتشر شده است.
آنا رایزینگ (Anna Rising)، رهبر گروه پژوهشی در بخش علوم زیستی و تغذیه، انستیتو کارولینسکا می‌گوید: «ما روش کاملاً جدیدی برای ساخت ژل سه‌بعدی از تار عنکبوت ایجاد کرده‌ایم که می‌تواند برای تحویل پروتئین‌های عملکردی مختلف طراحی شود.» وی که استاد گروه آناتومی، فیزیولوژی و بیوشیمی در دانشگاه علوم کشاورزی سوئد نیز است، ادامه داد: «پروتئین‌های موجود در ژل بسیار به هم نزدیک هستند و این روش به‌قدری ملایم است که می‌توان از آن حتی برای پروتئین‌های حساس استفاده کرد.»
یک محلول پروتئینی تزریقی
پژوهشگران امیدوارند در آینده یک محلول پروتئینی تزریقی بسازند که ژل را در داخل بدن تشکیل دهد. توانایی طراحی هیدروژل‌های دارای عملکردهای خاص، راه را برای طیف وسیعی از کاربردهای ممکن باز می‌کند.
به‌عنوان‌مثال از چنین ژلی می‌توان برای رسیدن به آزادسازی کنترل‌شده داروها در بدن استفاده کرد. در صنایع شیمیایی، می‌توان آن را با آنزیم‌ها ترکیب کرد. آنزیم‌ها نوعی از پروتئین‌ها هستند که برای تسریع فرآیندهای شیمیایی مختلف استفاده می‌شوند.
تینا آرنت (Tina Arndt) نویسنده نخست این مطالعه می‌گوید: «فکر می‌کنم در آینده‌ای نه‌چندان دور، ژل‌های قابل تزریق می‌توانند در پزشکی بازساختی بسیار مفید باشند.» وی که در گروه پژوهشی آنا رایزینگ در انستیتو کارولینسکا، دانشجوی دکترا است، ادامه می‌دهد: «راهی طولانی در پیش داریم، اما این واقعیت که محلول پروتئینی به‌سرعت در دمای بدن ژل می‌سازد و اینکه نشان داده شده است که بدن تار عنکبوت را به‌خوبی تحمل می‌کند، امیدوارکننده است.»
تقلید ریسندگی تار عنکبوت
توانایی عنکبوت‌ها در ریسیدن الیاف فوق‌العاده قوی از محلول پروتئین تار در کسری از ثانیه موجب علاقه‌مندی به سازوکارهای مولکولی زیربنایی آن شده است. پژوهشگران انستیتو کارولینسکا و دانشگاه علوم کشاورزی سوئد به‌طور ویژه به توانایی عنکبوت‌ها در محلول نگه داشتن پروتئین‌ها علاقه‌مند بوده‌اند. این توانایی محلول نگه داشتن به گونه‌ای است که پروتئین‌ها قبل از ریسیده شدن به تار عنکبوت روی هم انباشته نمی‌شوند. آن‌ها پیش‌ازاین روشی را برای تولید پروتئین‌های با ارزش ایجاد کرده‌اند. این روش تقلیدی از فرآیندی است که عنکبوت برای تولید و ذخیره پروتئین‌های تار خود استفاده می‌کند.
آنا رایزینگ می‌گوید: «ما قبلاً نشان داده‌ایم که بخش ویژه‌ای از پروتئین تار عنکبوت به نام دمین ان- ترمینال (N-terminal domain) در مقادیر زیادی تولید می‌شود و می‌تواند پروتئین‌های دیگر را محلول نگه دارد و می‌توانیم از آن برای کاربردهای پزشکی بهره‌برداری کنیم.» وی می‌افزاید: «ما اجازه می‌دهیم باکتری‌ها این بخش از پروتئین را که به پروتئین‌های عملکردی، از جمله داروها و آنزیم‌های مختلف متصل است، تولید کنند.»
تبدیل‌شدن به ژل
این مطالعه جدید نشان می‌دهد که دمین ان- ترمینال توانایی تغییر شکل و تبدیل به رشته‌های (Fibril) کوچک را نیز دارد که سبب می‌شود محلول پروتئین در صورت قرار داده شدن در دمای ۳۷ درجه سانتی‌گراد به ژل تبدیل شود. علاوه بر این، می‌توان آن را به پروتئین‌های عملکردی که کارکرد خود را در ژل حفظ می‌کنند، متصل کرد.
منبع: Karolinska Institutet
Journal Reference:
Arndt, Tina, Kristaps Jaudzems, Olga Shilkova, Juanita Francis, Mathias Johansson, Peter R. Laity, Cagla Sahin, et al. “Spidroin N-Terminal Domain Forms Amyloid-like Fibril Based Hydrogels and Provides a Protein Immobilization Platform.” Nature Communications ۱۳, no. 1 (August 15, 2022): 4695. https://doi.org/10.1038/s41467-022-32093-7.