Les protéines jouent un rôle clé dans les sciences de la vie – de la recherche fondamentale et des applications biotechnologiques au développement et à la fabrication de produits pharmaceutiques. Des scientifiques de l'Université technique de Munich (TUM) ont développé une méthode qui repose sur la physique plutôt que sur la chimie conventionnelle pour obtenir les protéines nécessaires à cette fin. En utilisant la lumière UV et UV invisible pour l'homme, ils ont réussi à purifier les protéines des extraits ou des cultures cellulaires. Cette technique est plus efficace et plus douce que les méthodes précédentes.
Les scientifiques engagés dans la biologie moléculaire ou la médecine moléculaire nécessitent des protéines sous leur forme pure à diverses fins, pour servir à enquêter ou en tant que substances actives. Ces protéines sont isolées de sources naturelles ou produites à l'aide de cellules génétiquement modifiées.
À cette fin, la chromatographie d'affinité est la méthode de choix depuis 50 ans. Dans cette méthode, l'extrait cellulaire ou le milieu de culture est passé à travers une colonne de chromatographie remplie d'un matériau porteur poreux. La protéine cible est liée à ce matériau porteur et séparée des autres protéines et impuretés en lavant avec du solvant. Enfin, la protéine isolée est détachée de la colonne à l'aide d'acides ou d'autres réactifs auxiliaires. Cependant, ce processus a un désavantage: la protéine cible purifiée peut être endommagée en particulier au cours de la dernière étape.
Une équipe dirigée par Arne Skerra, professeur de chimie biologique à TUM, a donc développé une nouvelle approche:
Nous utilisons un mécanisme physique au lieu de réactifs chimiques. Notre technologie est fondamentalement différente de la méthode conventionnelle, à la fois plus douce et plus efficace. «
Arne Skerra, professeur de chimie biologique à TUM
Le « Azo-Tag »: un annexe moléculaire sert d'ancre
La nouvelle méthode utilise également une colonne de chromatographie remplie d'un matériau porteur poreux. Cependant, la différence est que les lumières LED sont placées autour de la colonne et, en outre, une petite annexe moléculaire est attachée à la protéine cible.
Cet accessoire minimaliste, surnommé Azo-Tag, a été développé par Peter Mayrhofer, Markus Anneser et Stefan Achatz avec Arne Skerra au président de la chimie biologique sur la base du groupe chimique sensible à la lumière « azo-benzène ». L'azo-tag peut changer sa forme sous une exposition à la lumière et sert d'ancrage moléculaire pour la protéine cible: en lumière du jour ou dans l'obscurité, la protéine cible se lie spécifiquement au matériau porteur dans la colonne de chromatographie via cette ancre. Toute autre substances et impuretés contaminantes peuvent être lavées, tandis que la protéine cible avec son ancre est conservée.
Cependant, si les lumières LED sont ensuite allumées et que la colonne est irradiée avec une légère lumière UV avec une longueur d'onde de 355 nanomètres, la balise change sa forme. En parlant simplement, il est repoussé du matériau porteur de sorte que la protéine cible avec son azo-tag est emportée par la colonne sous une forme pure, concentrée et non endommagée. Isolé de cette manière, la protéine peut être utilisée directement pour d'autres études – sans étapes de purification supplémentaires.
Plus efficace que la chromatographie conventionnelle et le potentiel de développement ultérieur
Le président de la chimie biologique utilise désormais régulièrement cette méthode et a déjà pu purifier les anticorps contre le cancer du sein. Actuellement, une petite version de l'appareil est utilisée en laboratoire. La colonne de chromatographie mesure moins d'un centimètre de diamètre, mais l'équipe s'attend à ce qu'elle puisse également être construite à plus grande échelle.
Il y a également d'autres plans, explique Arne Skerra, qui a déposé auprès de ses collègues un brevet pour cette nouvelle méthode: « Nous travaillons actuellement sur l'automatisation des processus pour les rendre encore plus efficaces, en particulier pour le développement de médicaments à haut débit dans les sociétés pharmaceutiques ou biotechnologiques. »
