Protein tổng hợp nhanh chóng phát hiện các phân tử của một tác nhân thần kinh chết người

Sự phát triển này có thể mở đường cho một thế hệ mới của các cảm biến sinh học và phương pháp điều trị được thiết kế riêng có thể được triển khai chống lại tác nhân chiến tranh hóa học, VX, các nhà khoa học cho biết.

Như được mô tả trong Science Advances, nhóm nghiên cứu đã tạo ra protein thông qua một thiết kế đặc biệt trên các máy tính tốc độ cao trong phòng thí nghiệm Rutgers.

"Chúng tôi đã tạo ra một protein nhân tạo liên kết một mục tiêu hóa học - trong trường hợp này là chất độc thần kinh VX," Vikas Nanda, tác giả của nghiên cứu và là nhà khoa học tại Trung tâm Công nghệ Sinh học và Y học Tiên tiến (CABM) của Rutgers cho biết. "Chúng tôi muốn thiết kế nó để tạo ra một tín hiệu có thể được kết hợp với một thiết bị, tạo ra một cảm biến sinh học cho vũ khí hóa học. Và chúng tôi đã có thể đạt được điều đó".

VX là một hợp chất hóa học không mùi, không vị, do con người tạo ra, hoạt động độc hại nhất và nhanh chóng nhất trong số các tác nhân chiến tranh hóa học đã biết. Nó hoạt động bằng cách tấn công hệ thống thần kinh, gây tê liệt cơ và tử vong do ngạt thở trong vòng vài phút. Bởi vì VX được phân loại là vũ khí hủy diệt hàng loạt, các quốc gia bị cấm dự trữ nó. Tuy nhiên, các quốc gia được phép lưu trữ một lượng nhỏ để nghiên cứu.

Nhóm Rutgers đã thiết kế protein để có một khoang ở trung tâm của nó phù hợp với hình dạng chính xác và thành phần hóa học của VX. Các cộng tác viên tại City College of New York đã lấy thiết kế của Rutgers và sản xuất một phiên bản thực sự của protein, tinh chế nó và vận chuyển mẫu trên băng qua đêm đến một cơ sở thử nghiệm vũ khí hóa học đã được phê duyệt, MRIGlobal ở Thành phố Kansas, Mo. Ở đó, protein đã được thử nghiệm chống lại VX trong vòng 24 giờ.

"Protein đã trải qua một sự thay đổi hình dạng đáng kể, chôn VX trong khoang mà chúng tôi đã thiết kế," Nanda, người cũng là giáo sư tại khoa hóa sinh và sinh học phân tử tại Trường Y Rutgers Robert Wood Johnson cho biết. "Sự thay đổi hình dạng này là tín hiệu có thể được kết hợp với một thiết bị cảm biến."

Protein, Nanda nói, có thể phát hiện VX ở mức nhạy hơn hàng nghìn lần so với các công nghệ hiện tại. Ngoài ra, protein không tạo ra dương tính giả xảy ra khi các cảm biến ngày nay vô tình phát hiện các hóa chất không phải chất độc thần kinh tương tự, giống như một số loại thuốc trừ sâu.

Theo trang web của Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa Dịch bệnh Hoa Kỳ, VX hoặc các chất độc thần kinh khác có thể đã được sử dụng trong chiến tranh hóa học trong Chiến tranh Iran-Iraq vào những năm 1980. Các chuyên gia vũ khí hóa học đã cáo buộc nó cũng đã được sử dụng gần đây hơn trong chiến tranh và, trong một trường hợp, một vụ ám sát. Mặc dù thuốc giải độc có sẵn cho VX, nhưng chúng hữu ích nhất nếu được dùng càng sớm càng tốt sau khi tiếp xúc.

"Phương pháp thiết kế được trình bày ở đây sẽ cho phép phát triển một thế hệ cảm biến sinh học, trị liệu và chẩn đoán mới," Nanda nói.

Reference: McCann JJ, Pike DH, Brown MC, Crouse DT, Nanda V, Koder RL. Computational design of a sensitive, selective phase-changing sensor protein for the VX nerve agent. Sci Adv. 2022;8(27):eabh3421. doi: 10.1126/sciadv.abh3421