Chips di proteine

Il completamento del Progetto Genoma Umano lo scorso anno ha segnato una pietra miliare in medicina. La mappatura dettagliata dell'intero set di geni umani è stato un progetto decennale su cui hanno lavorato alcune delle migliori menti della biologia. Ma per molti versi è stato solo l'inizio della vera sfida medica: comprendere il milione circa di proteine ​​che sono i cavalli di battaglia molecolari del corpo umano. I geni sono in realtà solo il codice di programmazione che dice alle cellule come sintetizzare le proteine; quasi tutta l'azione biologica avviene tra queste molecole grandi e complesse.

Quando le proteine ​​si comportano male possono distruggere la nostra salute in una miriade di modi, dalle proteine ​​amiloidi che intaccano il cervello dei malati di Alzheimer alle proteine ​​che causano la crescita sfrenata delle cellule tumorali. Combattere le malattie in modo più efficace significa avere una migliore presa su come le proteine ​​funzionano e interagiscono e falliscono. Gli strumenti emergenti più importanti nella lettura della vasta libreria di proteine ​​sono i micro-array, piccoli chip contenenti migliaia di campioni di proteine ​​che possono essere analizzati in modo rapido ed economico. È qui che le persone riceveranno risposte su come si sviluppa la malattia, come funzionano i farmaci e come trovare nuovi farmaci, afferma Peter Wagner, direttore tecnico di Zyomyx, una startup di chip proteici con sede a Hayward, California.

Questa storia faceva parte del nostro numero di maggio 2001

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Zyomyx ha quasi una dozzina di concorrenti, tra cui Large Scale Proteomics, Ciphergen Biosystems, Packard BioScience e Phylos. I primi prodotti del settore sono previsti sul mercato tra un anno e, mentre le tecnologie variano, i nuovi biochip sono generalmente griglie bidimensionali di proteine ​​o frammenti proteici attaccati a un supporto solido.

Quando il microarray proteico è esposto a sostanze biochimiche o soluzioni di altre proteine, alcune di queste molecole si attaccheranno e altre si laveranno via; quelli che si attaccano possono essere identificati da vari marcatori, come i tag fluorescenti. Le molecole che aderiscono fortemente a proteine ​​specifiche sono preziose guide nella ricerca di nuovi farmaci, perché questa capacità di legame è ciò che rende efficaci i farmaci. E per la diagnostica, la misurazione di quantità anormalmente elevate di proteine ​​rivelatrici in un campione di sangue utilizzando questi biochip potrebbe essere un metodo rapido per la diagnosi precoce di infarti e cancro.

L'idea dei microchip non è una novità in biologia. La produzione di chip al DNA è stata una delle aree più calde della biotecnologia dall'inizio degli anni '90, quando ricercatori innovativi hanno preso la robotica e la tecnologia dei modelli litografici utilizzati nella produzione della microelettronica al silicio e li hanno applicati all'analisi del DNA. Sono stati in grado di attaccare migliaia di pezzi di materiale genetico a vetrini o wafer di plastica e utilizzare questi chip per identificare il DNA in un campione di interesse. Questi chip del DNA sono ora ampiamente utilizzati nella ricerca medica.

Ma fare un chip proteico è molto più fastidioso. Mentre il DNA è piuttosto robusto, le proteine ​​si stanno restringendo violette. Le proteine ​​sono stringhe squisitamente piegate di subunità chiamate amminoacidi, e molto di ciò che fanno le proteine ​​dipende dal preciso schema tridimensionale in cui si piega la stringa. Al di fuori di una ristretta gamma di condizioni ambientali, le proteine ​​si denaturano: la catena di amminoacidi perde la sua struttura tridimensionale, collassando come un mucchio di spaghetti scotti. Nel creare microarray, i ricercatori devono mantenere le proteine ​​in una soluzione acquosa alla giusta temperatura per tutto il tempo.

Nonostante queste sfide, il futuro dei biochip proteici si sta sviluppando rapidamente. C'è una chiara comprensione ovunque nel settore [biotecnologico] ora che devi concentrarti sulle proteine, afferma Wagner di Zyomyx. Secondo un recente rapporto di BioInsights, una società di consulenza biotecnologica di Redwood City, in California, le vendite di biochip proteici probabilmente raggiungeranno il mezzo miliardo di dollari nel 2006.

E l'eventuale impatto della tecnologia può essere sentito molto al di fuori della comunità della ricerca biologica. Chip proteici utili per la diagnostica dovrebbero essere disponibili in un paio d'anni, afferma N. Leigh Anderson, CEO di Large Scale Proteomics. Non ci vorrà tutto il tempo che pensano alcune persone. Potrebbe essere una prognosi ottimistica, ma se ha ragione, i pacchetti di piccoli chip proteici potrebbero presto essere onnipresenti come abbassalingua o guanti di gomma nello studio del medico.

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