Bilo da se radi o borbi protiv tumora ili razbijanju plastike, američki naučnik Dejvid Bejker, koprimalac ovogodišnje Nobelove nagrade za hemiju, ima odgovor: inženjerski proteini koji ne postoje prirodno – koncept koji je nekada odbačen kao „lud“.
Danas, proteini sa novim funkcijama stalno izlaze iz njegove laboratorije, sa beskonačnom listom potencijalnih primena u rasponu od ultra-ciljanih terapija do razvoja novih vakcina.
„U nizu problema sa kojima se danas suočavamo u medicini i zdravlju, održivosti, energiji i tehnologiji, mislim da je potencijal za dizajn proteina ogroman“, rekao je Bejker za AFP putem video poziva iz Sijetla, nekoliko sati nakon što je saznao da je dobio Nobelovu nagradu sa dva druga laureata.
Proteini su organski molekuli koji igraju osnovnu ulogu u skoro svakoj funkciji živih organizama, od kontrakcije mišića i varenja hrane do aktivacije neurona i još mnogo toga.
„One u prirodi su evoluirale da reše sve probleme sa kojima su se suočili tokom prirodne selekcije“, objasnio je 62-godišnji profesor Univerziteta u Vašingtonu.
„Ali ljudi se danas suočavaju sa novim problemima“, dodao je biohemičar i računarski biolog.
„Zagrevamo planetu, tako da su nam potrebna nova rešenja u ekologiji i održivosti. Živimo duže, tako da postoje nove bolesti koje su relevantne, poput Alchajmerove bolesti. Postoje novi patogeni kao što je koronavirus.“
Umesto da ove probleme prepustimo evoluciji — „brutalno“ rešenje za koje bi trebalo veoma, veoma dugo vremena — „sa novim proteinima možemo rešiti te probleme, ali za veoma kratko vreme“, rekao je on.
Svi proteini se sastoje od lanaca aminokiselina, čija sekvenca diktira njihov oblik – i na kraju njihovu funkciju.
Decenijama su naučnici pokušavali da odrede proteinske strukture na osnovu ovih sekvenci aminokiselina.
Krajem 1990-ih, Bejker je napravio korake ka rešavanju ovog problema pomoću kompjuterskog softvera koji je razvio pod nazivom Rosetta.
Njegov uspeh je podstakao pomeranje fokusa na obrnuti pristup: počevši od željenog oblika i koristeći Rozetu da identifikuje odgovarajuću sekvencu aminokiselina. Ova sekvenca se zatim može uvesti u bakterije, koje sintetišu novi protein koji se može sakupljati i proučavati.
Godine 2003. objavio je svoje revolucionarno otkriće – stvaranje prvog proteina koji nije pronađen u prirodi – iako mu je još uvek nedostajala definisana funkcija.
„Onda smo počeli da pokušavamo da dizajniramo proteine koji bi zapravo radili korisne stvari“, priseća se Bejker. „I tada su ljudi, mislim, zaista počeli da misle da je to ludo.“
Ali „u poslednjih 20 godina – i zaista, nedavno, poslednjih pet godina – bili smo u mogućnosti da napravimo proteine koji rade sve vrste neverovatnih stvari“, rekao je on. Rosetta je u međuvremenu progresivno unapređivana da bi uključila veštačku inteligenciju.
„Mislim da je sada smešno to što je ludačka ruba, što skoro niko nije radio, sada ušla u mejnstrim“, dodao je uz smeh.
Kako naučnici odlučuju koji oblik je potreban novom proteinu da bi postigao željenu funkciju?
Bejker navodi primer tumora. „Znamo neki protein koji se nalazi na površini tog tumora, i znamo njegov oblik. Ono što radimo je da dizajniramo protein koji deluje kao ključ koji se uklapa u bravu“, objasnio je on.
Druga primena: razbijanje plastike. U ovom slučaju, protein je dizajniran da se veže za plastični molekul, praćen hemijskim jedinjenjima da ga „seku“.
U medicini, ova tehnologija je već korišćena u vakcini protiv COVID-19 odobrenoj u Južnoj Koreji. Istraživači takođe istražuju njegov potencijal za stvaranje novih materijala.
„U biologiji, imamo zub i kost, imamo školjke koje su napravljene od proteina u interakciji sa neorganskim jedinjenjima kao što su kalcijum karbonat ili kalcijum fosfat“, kaže Bejker, zamišljajući da proteini u interakciji sa drugim jedinjenjima stvaraju potpuno nove materijale sa jedinstvenim svojstvima.
Hvatanje gasova staklene bašte, univerzalna vakcina protiv gripa, poboljšani antiotrov — Bejkerova lista želja se nastavlja i nastavlja.
„Kako dizajn proteina postaje moćniji, neverovatno sam uzbuđen zbog svih problema koje ćemo moći da rešimo.“
