חלבונים ממלאים תפקיד מפתח במדעי החיים – ממחקר בסיסי ויישומים ביוטכנולוגיים ועד פיתוח וייצור תרופות. מדענים באוניברסיטה הטכנית במינכן (TUM) פיתחו שיטה הנשענת על פיזיקה ולא על כימיה קונבנציונאלית כדי להשיג את החלבונים הדרושים למטרה זו. בעזרת גל קצר, אור UV בלתי נראה לבני אדם, הם הצליחו לטהר חלבונים מתמציות או תרבויות תאים. טכניקה זו יעילה ועדינה יותר משיטות קודמות.
מדענים העוסקים בביולוגיה מולקולרית או רפואה מולקולרית דורשים חלבונים בצורתם הטהורה למטרות שונות, לשמש לחקירה או כחומרים פעילים. חלבונים כאלה מבודדים ממקורות טבעיים או מיוצרים בעזרת תאים ששונו גנטית.
לשם כך, כרומטוגרפיה של זיקה הייתה שיטת הבחירה מאז 50 שנה. בשיטה זו, תמצית התא או מדיום התרבות מועברים דרך עמוד כרומטוגרפיה מלא בחומר נשא נקבובי. חלבון היעד קשור לחומר נשא זה ומופרד מחלבונים וזיהומים אחרים על ידי שטיפה עם ממס. לבסוף, החלבון המבודד מנותק מהעמודה באמצעות חומצות או ריאגנטים עזר אחרים. עם זאת, לתהליך זה יש חסרון: חלבון היעד המטוהר יכול להיפגע בפרט במהלך השלב האחרון.
צוות בראשות ארנה סקרה, פרופסור לכימיה ביולוגית ב- TUM, פיתח אפוא גישה חדשה:
אנו משתמשים במנגנון פיזי במקום ריאגנטים כימיים. הטכנולוגיה שלנו שונה באופן מהותי מהשיטה המקובלת, והיא גם עדינה ויעילה יותר. "
ארנה סקרה, פרופסור לכימיה ביולוגית ב- TUM
"תג האזו": נספח מולקולרי משמש כעוגן
השיטה החדשה משתמשת גם בעמוד כרומטוגרפיה מלא בחומר נשא נקבובי. עם זאת, ההבדל הוא שנורות LED מונחות סביב העמוד, ויתרה מכך, נספח מולקולרי קטן מחובר לחלבון היעד.
אביזר מינימליסטי זה, שכונה Azo-Tag, פותח על ידי פיטר מאיירופר, מרקוס אננסר וסטפן אכץ יחד עם ארנה סקרה בכיסא הכימיה הביולוגית על בסיס הקבוצה הכימית הרגישה לאור "אזו-בנזן". תג האזו יכול לשנות את צורתו תחת חשיפת אור ומשמש כעוגן מולקולרי לחלבון היעד: באור יום או בחושך, חלבון היעד נקשר באופן ספציפי לחומר המוביל בעמודת הכרומטוגרפיה באמצעות עוגן זה. ניתן לשטוף כל חומרים זיהומים אחרים וזיהומים, ואילו חלבון היעד עם העוגן שלו נשמר.
עם זאת, אם נורות ה- LED מופעלות והעמוד מוקרן באור UV עדין באורך גל של 355 ננומטר, התג משנה את צורתו. פשוט מדבר, הוא נדחה מחומר המנשא כך שחלבון היעד עם תג האזו שלו נשטף מהעמוד בצורה טהורה, מרוכזת ובלתי פגומה. מבודד באופן זה, ניתן להשתמש בחלבון ישירות למחקרים נוספים – ללא שלבי טיהור נוספים.
יעיל יותר מאשר כרומטוגרפיה קונבנציונאלית ופוטנציאל לפיתוח נוסף
יו"ר הכימיה הביולוגית משתמש כעת באופן קבוע בשיטה זו וכבר הצליח לטהר נוגדנים כנגד סרטן השד. נכון לעכשיו משתמשים בגרסה קטנה של המנגנון במעבדה. עמוד הכרומטוגרפיה נמדד בקוטר של פחות מקוטר סנטימטר, אך הצוות מצפה שהוא יכול להיות בנוי גם בקנה מידה גדול יותר.
ישנן גם תוכניות נוספות, אומר ארנה סקרה, שהגיש בפני עמיתיו לעבודה פטנט לשיטה הרומנטית הזו: "אנו עובדים כעת על אוטומציה של התהליכים כדי לייעל אותם עוד יותר, במיוחד לפיתוח תרופות לתפוקה גבוהה בחברות תרופות או ביוטכנולוגיה."
