Metodo sviluppato per la purificazione delle proteine con la luce

Chiunque conduca ricerche e lavori nel campo della biologia molecolare o della medicina ha bisogno di proteine in forma pura come oggetti di indagine o sostanze attive per vari scopi. Queste proteine vengono isolate da fonti naturali o prodotte con l'aiuto di cellule geneticamente modificate.

Per 50 anni, la cromatografia di affinità è stata la procedura standard. In questo metodo, gli estratti o le colture cellulari vengono fatti passare attraverso una colonna cromatografica riempita con un materiale portante poroso. La proteina target viene legata a questo materiale portante, separata da altre proteine e impurità mediante lavaggio con un solvente e infine rimossa dalla colonna utilizzando acidi o altri reagenti ausiliari. Tuttavia, il processo presenta uno svantaggio: la proteina target purificata può essere danneggiata durante l'ultima fase.

Un team guidato da Arne Skerra, professore di chimica biologica alla TUM, ha quindi sviluppato un nuovo approccio: "Utilizziamo un meccanismo fisico invece di reagenti chimici. Questo rende la nostra tecnologia fondamentalmente diversa dal metodo convenzionale e la rende un'alternativa più delicata ed efficiente", afferma Arne Skerra.

L'appendice molecolare "azo tag" funziona come un'ancora

Anche il nuovo metodo utilizza una colonna cromatografica riempita con un materiale portante poroso. Tuttavia, la differenza principale è data dalle luci LED fissate intorno alla colonna e da una piccola etichetta molecolare che viene attaccata alla proteina target.

L'appendice minimalista chiamata Azo-Tag è stata sviluppata da Peter Mayrhofer, Markus Anneser e Stefan Achatz insieme ad Arne Skerra presso il Dipartimento di Chimica Biologica sulla base del gruppo chimico sensibile alla luce "azobenzene". Questo gruppo chimico è in grado di cambiare forma in presenza di determinate radiazioni luminose e agisce come un'ancora molecolare per la proteina bersaglio: alla luce o al buio, la proteina bersaglio si lega in modo altamente specifico al materiale di supporto nella colonna cromatografica attraverso questa ancora. Le altre sostanze e impurità contenute possono essere lavate via, proteggendo la proteina target con la sua ancora.

Tuttavia, se le luci LED vengono accese e la colonna viene irradiata con una leggera luce UV con una lunghezza d'onda di 355 nanometri, il tag cambia forma. In parole povere, rilascia il materiale di supporto in modo che la proteina target con il tag azoico venga lavata via dalla colonna in forma pura, concentrata e non danneggiata. La proteina così isolata può essere utilizzata direttamente per ulteriori analisi, cioè senza ulteriori passaggi di purificazione.

Più efficiente della cromatografia convenzionale e con un potenziale di ulteriore sviluppo

La cattedra di Chimica biologica lavora regolarmente con questo metodo ed è già riuscita a purificare anticorpi contro il cancro al seno. Una versione ridotta dell'apparecchiatura viene attualmente utilizzata in laboratorio. La colonna cromatografica misura poco meno di un centimetro di diametro, ma il team ritiene che potrebbe essere costruita anche su scala più grande.

Ci sono anche altri progetti, dice Arne Skerra, che ora ha richiesto un brevetto per questo processo insieme ai suoi colleghi: "Stiamo lavorando all'automazione dei processi per renderli ancora più efficienti, soprattutto per lo sviluppo di farmaci ad alto rendimento nelle aziende farmaceutiche o biotecnologiche".