Ученым, занимающимся молекулярной биологией или молекулярной медициной, белки в чистом виде требуются для различных целей, для проведения исследований или в качестве активных веществ. Такие белки выделяются из природных источников или производятся с помощью генетически модифицированных клеток.

С этой целью на протяжении 50 лет методом выбора является аффинная хроматография. В этом методе клеточный экстракт или культуральную среду пропускают через хроматографическую колонку, заполненную пористым материалом-носителем. Целевой белок связывается с этим материалом-носителем и отделяется от других белков и примесей промывкой растворителем. Наконец, выделенный белок отделяют от колонки с помощью кислот или других вспомогательных реагентов. Однако этот способ имеет недостаток: очищенный целевой белок может быть поврежден, в частности, на последней стадии.

Поэтому команда, возглавляемая Арне Скеррой, профессором биологической химии в TUM, разработала новый подход: "Мы используем физический механизм вместо химических реагентов. Наша технология принципиально отличается от традиционного метода, являясь одновременно более щадящей и эффективной", - говорит Арне Скерра.

"Азо-метка": молекулярный отросток служит якорем

В новом методе также используется хроматографическая колонка, заполненная пористым материалом-носителем. Однако разница заключается в том, что вокруг колонки расположены светодиодные лампы и, кроме того, к целевому белку прикреплен небольшой молекулярный отросток.

Этот минималистичный аксессуар, получивший название Azo-Tag, был разработан Питером Майрхофером, Маркусом Аннесером и Стефаном Ахатцем совместно с Арне Скеррой на кафедре биологической химии на основе светочувствительной химической группы "азобензол". Азо-метка может изменять свою форму под воздействием света и служит молекулярным якорем для целевого белка: при дневном свете или в темноте целевой белок специфически связывается с материалом-носителем в хроматографической колонке с помощью этого якоря. Любые другие загрязняющие вещества и примеси могут быть вымыты, в то время как целевой белок с его закрепителем сохраняется.

Однако, если затем включить светодиодные лампы и облучить колонку мягким ультрафиолетовым светом с длиной волны 355 нанометров, метка изменит свою форму. Проще говоря, он отталкивается от материала-носителя, так что целевой белок с его азо-меткой вымывается из колонки в чистом, концентрированном и неповрежденном виде. Выделенный таким образом белок может быть непосредственно использован для дальнейших исследований - без дополнительных стадий очистки.

Более эффективная, чем обычная хроматография, и имеющая потенциал для дальнейшего развития

Кафедра биологической химии в настоящее время регулярно использует этот метод и уже смогла очистить антитела против рака молочной железы. В настоящее время в лаборатории используется уменьшенная версия аппарата. Хроматографическая колонка имеет диаметр менее одного сантиметра, но команда ожидает, что ее можно будет изготовить и в большем масштабе.

Есть и дальнейшие планы, говорит Арне Скерра, который вместе со своими коллегами подал заявку на патент на этот новый метод: "В настоящее время мы работаем над автоматизацией процессов, чтобы сделать их еще более эффективными, особенно для высокопроизводительной разработки лекарств в фармацевтических или биотехнологических компаниях".