Статья с нобелевским лауреатом
Захотелось мне написать нормальный, не художественный, пост о химической статье. Открыл я последний выпуск журнала ACS Central Science, в котором исследовательских статей всего 11 штук - легко выбрать, и все в открытом доступе.
Поначалу мне приглянулось получение комплекса нитрида фосфора (P≡N), но потом я решил применить объективный критерий и написать о самой просматриваемой статье в номере. У нитрида фосфора всего 2300 просмотров, а у статьи «Сайт-специфическая биоконъюгация через ферментативное образование связи тирозин-цистеин» - больше 4300. Пригляделся я к списку авторов и понял, откуда такой интерес.
Из 12 авторов у троих после имени стоит звездочка, отмечающая, что это начальство, которому следует адресовать письма по поводу статьи (иногда раздача звезд, как и порядок авторов, может стать предметом ожесточенных споров). Кто такой Кристоф Феллманн, я не знаю, а вот Мэттью Фрэнсиса и Дженнифер Даудну с химического факультета Беркли я лично видел на семинарах, когда там работал (в русской Википедии ее называют Дудной, но она сама в роликах на ютубе говорит «Даудна»).
Дженнифер Даудна уже была научной суперзвездой неделю назад, когда я выбирал статью для чтения. Стоило ей сослаться на новую публикацию своей группы в твиттере, как подписчики пошли читать и ретвитить. А потом в среду 7 октября ей совместно с Эмманюэль Шарпантье присудили Нобелевскую премию по химии за редактирование генома с помощью белка Cas9. Популяция подписчиков у Даудны в твиттере за неделю выросла с 18 до 26 тысяч.
Cas9 - бактериальный белок, который можно направить, чтобы он разрезал молекулу ДНК в определенном месте. Но для начала он должен попасть внутрь клетки, например, мышиной. Рассматриваемая нами статья показывает, как можно в 20 раз увеличить эффективность доставки Cas9 внутрь клетки, если пришить к нему транспортные пептиды.
По правде говоря, главный в этой статье Фрэнсис, а не Даудна. Его группа много лет изучает селективные модификации аминокислотных остатков и образование связей между белками. И первый автор - его аспирант, и ссылок на статьи Фрэнсиса 12, а на статьи Даудны только две. Но его имя вряд ли привлекло бы такое внимание.
Группа Фрэнсиса разработала способ соединить белки через остатки тирозин-цистеин. А роль Даудны - дать пример белков, которые можно соединить так, чтобы от связи между ними был практический и рекламный смысл.
По мере развития науки белки из туманных кружков с загадочной структурой превратились в просто большие химические молекулы, которые могут вступать в точно такие же химические реакции, что и соответствующие маленькие молекулы. Поэтому и Нобеля за работу с белками или нуклеиновыми кислотами теперь справедливо дают по химии, а не по физиологии и медицине.
Чтобы соединить два белка, Фрэнсис использовал третий белок - фермент тирозиназу, в активный центр которого входят атомы меди. Сколько природа ни эволюционировала, но так и не придумала, как проводить окислительно-восстановительные реакции, не прибегая к переходным металлам. (Кстати, мой проект в Беркли был по металлопротеинам, но читать о них мне нравится больше, чем самому работать с клетками). Картинка активного центра тирозиназы взята из этой статьи:
В природе тирозиназа катализирует окисление свободной аминокислоты тирозина и похожих фенолов. Эта реакция играет важную роль в синтезе пигмента меланина, который делает кожу темной, и если тирозиназа работает плохо, получаются животные-альбиносы:
В то же время тирозиназа ответственна за потемнение при хранении многих фруктов (от бананов до яблок) и грибов, поэтому важная задача пищевых химиков - ее ингибировать. В своей работе Мэттью Фрэнсис использовал коммерческую тирозиназу из шампиньонов Agaricus bisporus:
Он заметил, что этот фермент может окислять не только свободную аминокислоту, но и боковые цепи тирозинов, входящих в состав белков, если они расположены возле N- или C-конца белковой молекулы. Окислителем служит кислород из растворенного в буферной среде воздуха, и тирозин окисляется до L-допахинона. Этот орто-бензохинон является сильным электрофилом и вступает в быструю реакцию с такими нуклеофилами, как -SH группы цистеина:
Вот таким образом к двум цистеинам на поверхности белка Cas9 пришили пептиды, у которых был тирозин на N-конце и которые помогают Cas9 попасть внутрь клетки. Конъюгация занимает не более 2 часов, а полученное соединение стабильно в сыворотке крови человека в течение 7 дней. Отдельно проверили, что способность Cas9 разрезать ДНК-мишень после добавления пептидов остается неизменной.
В этом журнале помимо исследовательских статей публикуются заметки под названием First Reactions («первые реакции»). Они чем-то похожи на этот мой пост: краткий пересказ чужих результатов и субъективные мысли на заданную тему. В заметке об этой статье двое ученых из английского Кембриджа предположили, что раз у Cas9 есть два доступных цистеина, на один из них можно повесть транспортный пептид, а на другой, например, флуоресцентную метку. Но Фрэнсис с Даудной таких тройных химер не делали.
По ходу чтения я не мог отделаться от мысли, что описываемая реакция слишком уж очевидная, чтобы ее никто не открыл раньше. Так и оказалось: в одной из ссылок Фрэнсис указывает, что использование тирозиназы для превращения остатков тирозина в хиноны и последующие реакции с нуклеофилами или диенофилами были описаны еще в 1984 году. Надо глубоко разбираться в теме, чтобы понять, что принципиально нового предлагает Фрэнсис.
Зоопарк биоконъюгаций напоминает мне ситуацию с сочетаниями маленьких молекул: тысячи статей, каких только катализаторов не предложено. Кажется, можно сшить что угодно с чем угодно, а как потребуется на практике соединять реальные объекты, ничто не работает. Нужно продолжать разрабатывать методы, более универсальные, надежные и простые.
И у меня сложилось впечатление, что реально инновационные открытия люди продолжают публиковать в старом добром JACS, а в ACS Central Science посылают специфические штуки. Вот и к Cas9 Даудна такие пептиды уже присоединяла раньше, но другим способом. Что, правда, не помешало Беркли подать заявку на патент по итогам этой статьи.
У Даудны помимо грантов и титулов перечислены потенциальные финансовые конфликты из-за многочисленных компаний, которые она соосновала. Предсказывали, что Нобеля за CRISPR-Cas9 не дадут, пока суды не уладят все патентные споры вокруг редактирования генома. Но вот дали же.
Поначалу мне приглянулось получение комплекса нитрида фосфора (P≡N), но потом я решил применить объективный критерий и написать о самой просматриваемой статье в номере. У нитрида фосфора всего 2300 просмотров, а у статьи «Сайт-специфическая биоконъюгация через ферментативное образование связи тирозин-цистеин» - больше 4300. Пригляделся я к списку авторов и понял, откуда такой интерес.
Из 12 авторов у троих после имени стоит звездочка, отмечающая, что это начальство, которому следует адресовать письма по поводу статьи (иногда раздача звезд, как и порядок авторов, может стать предметом ожесточенных споров). Кто такой Кристоф Феллманн, я не знаю, а вот Мэттью Фрэнсиса и Дженнифер Даудну с химического факультета Беркли я лично видел на семинарах, когда там работал (в русской Википедии ее называют Дудной, но она сама в роликах на ютубе говорит «Даудна»).
Дженнифер Даудна уже была научной суперзвездой неделю назад, когда я выбирал статью для чтения. Стоило ей сослаться на новую публикацию своей группы в твиттере, как подписчики пошли читать и ретвитить. А потом в среду 7 октября ей совместно с Эмманюэль Шарпантье присудили Нобелевскую премию по химии за редактирование генома с помощью белка Cas9. Популяция подписчиков у Даудны в твиттере за неделю выросла с 18 до 26 тысяч.
Cas9 - бактериальный белок, который можно направить, чтобы он разрезал молекулу ДНК в определенном месте. Но для начала он должен попасть внутрь клетки, например, мышиной. Рассматриваемая нами статья показывает, как можно в 20 раз увеличить эффективность доставки Cas9 внутрь клетки, если пришить к нему транспортные пептиды.
По правде говоря, главный в этой статье Фрэнсис, а не Даудна. Его группа много лет изучает селективные модификации аминокислотных остатков и образование связей между белками. И первый автор - его аспирант, и ссылок на статьи Фрэнсиса 12, а на статьи Даудны только две. Но его имя вряд ли привлекло бы такое внимание.
Группа Фрэнсиса разработала способ соединить белки через остатки тирозин-цистеин. А роль Даудны - дать пример белков, которые можно соединить так, чтобы от связи между ними был практический и рекламный смысл.
По мере развития науки белки из туманных кружков с загадочной структурой превратились в просто большие химические молекулы, которые могут вступать в точно такие же химические реакции, что и соответствующие маленькие молекулы. Поэтому и Нобеля за работу с белками или нуклеиновыми кислотами теперь справедливо дают по химии, а не по физиологии и медицине.
Чтобы соединить два белка, Фрэнсис использовал третий белок - фермент тирозиназу, в активный центр которого входят атомы меди. Сколько природа ни эволюционировала, но так и не придумала, как проводить окислительно-восстановительные реакции, не прибегая к переходным металлам. (Кстати, мой проект в Беркли был по металлопротеинам, но читать о них мне нравится больше, чем самому работать с клетками). Картинка активного центра тирозиназы взята из этой статьи:
В природе тирозиназа катализирует окисление свободной аминокислоты тирозина и похожих фенолов. Эта реакция играет важную роль в синтезе пигмента меланина, который делает кожу темной, и если тирозиназа работает плохо, получаются животные-альбиносы:
В то же время тирозиназа ответственна за потемнение при хранении многих фруктов (от бананов до яблок) и грибов, поэтому важная задача пищевых химиков - ее ингибировать. В своей работе Мэттью Фрэнсис использовал коммерческую тирозиназу из шампиньонов Agaricus bisporus:
Он заметил, что этот фермент может окислять не только свободную аминокислоту, но и боковые цепи тирозинов, входящих в состав белков, если они расположены возле N- или C-конца белковой молекулы. Окислителем служит кислород из растворенного в буферной среде воздуха, и тирозин окисляется до L-допахинона. Этот орто-бензохинон является сильным электрофилом и вступает в быструю реакцию с такими нуклеофилами, как -SH группы цистеина:
Вот таким образом к двум цистеинам на поверхности белка Cas9 пришили пептиды, у которых был тирозин на N-конце и которые помогают Cas9 попасть внутрь клетки. Конъюгация занимает не более 2 часов, а полученное соединение стабильно в сыворотке крови человека в течение 7 дней. Отдельно проверили, что способность Cas9 разрезать ДНК-мишень после добавления пептидов остается неизменной.
В этом журнале помимо исследовательских статей публикуются заметки под названием First Reactions («первые реакции»). Они чем-то похожи на этот мой пост: краткий пересказ чужих результатов и субъективные мысли на заданную тему. В заметке об этой статье двое ученых из английского Кембриджа предположили, что раз у Cas9 есть два доступных цистеина, на один из них можно повесть транспортный пептид, а на другой, например, флуоресцентную метку. Но Фрэнсис с Даудной таких тройных химер не делали.
По ходу чтения я не мог отделаться от мысли, что описываемая реакция слишком уж очевидная, чтобы ее никто не открыл раньше. Так и оказалось: в одной из ссылок Фрэнсис указывает, что использование тирозиназы для превращения остатков тирозина в хиноны и последующие реакции с нуклеофилами или диенофилами были описаны еще в 1984 году. Надо глубоко разбираться в теме, чтобы понять, что принципиально нового предлагает Фрэнсис.
Зоопарк биоконъюгаций напоминает мне ситуацию с сочетаниями маленьких молекул: тысячи статей, каких только катализаторов не предложено. Кажется, можно сшить что угодно с чем угодно, а как потребуется на практике соединять реальные объекты, ничто не работает. Нужно продолжать разрабатывать методы, более универсальные, надежные и простые.
И у меня сложилось впечатление, что реально инновационные открытия люди продолжают публиковать в старом добром JACS, а в ACS Central Science посылают специфические штуки. Вот и к Cas9 Даудна такие пептиды уже присоединяла раньше, но другим способом. Что, правда, не помешало Беркли подать заявку на патент по итогам этой статьи.
У Даудны помимо грантов и титулов перечислены потенциальные финансовые конфликты из-за многочисленных компаний, которые она соосновала. Предсказывали, что Нобеля за CRISPR-Cas9 не дадут, пока суды не уладят все патентные споры вокруг редактирования генома. Но вот дали же.