חוקרי UC של סנטה ברברה ומשתפי פעולה מהקמפוס ביוטק ספינוף משולב ביולוגי ביולוגי, כמו גם הרווארד, MIT ו- Genomics Company Illumina Ventures משתמשים באופטוגנטיקה – השימוש באור כדי לבחון את תפקידי הרקמות החיות – כדי למצוא תרכובות שיעזרו לגופנו יותר יעזור לעצמם בזמנים של לחץ פיזיולוגי. בעזרת פלטפורמה אופטוגנטית שפותחה במעבדה של הביולוג הסינטטי מקס ווילסון ב- UCSB, הם כבר גילו עשרות מולקולות שיכולות לפעול כפאן-אנטי-וירלות, ובאופן ספציפי, שני פיגומים כימיים שיכולים לשמש כמועמדים לפיתוח מבטיחים במרחב האנטי-ויראלי המבוהל.
"בסופו של דבר בדקנו אותם בזיקה," אמר וילסון. "והם עבדו. RSV: הם עבדו. הרפס: הם עבדו. והם עבדו כמעט כמו גם הטיפול החדיש ביותר, אבל הם לא היו מותאמים לחלוטין. אז זה מאוד מבטיח."
המחקר שלהם מופיע בכתב העת תָאו
תגובת לחץ משולבת
תגובת הלחץ המשולבת (ISR) היא המנגנון הסלולרי שעלינו להודות על כך שעזר לנו להסתגל ולהתאושש מהמתחים הפיזיולוגיים שהחיים זורקים עלינו. מווירוסים לסרטן, מחסרים תזונתיים ועד התנוונות עצבית הקשורה לגיל, ISR מציב תהליכים מורכבים תנועה שמטרתם לעזור לתאים לשרוד ולהתאושש, או לחילופין, לקדם מוות מתוכנת להסרת תאים פגומים ופגומים.
"זו רשת איתות חשובה להפליא", אמר וילסון. ואכן, ה- ISR פועל כמו רכזת, לוקח אותות לחץ ומפעיל תגובות לפי הצורך על ידי קידוד חלבונים ספציפיים או הפעלת שינויים בביטוי הגנים. מדענים ידעו זה מכבר על מנגנון רב עוצמה זה ועל הפוטנציאל שלו ביישומים ביו -רפואיים כדי לעזור לגוף לעזור לעצמו להתאושש ממגוון עלבונות. עם זאת, המורכבות של המערכת מקשה על ההצלחה והמחשבה במדויק את כוחו של ה- ISR.
"כל לחץ סביבתי רגיל שאתה שם על תאים מפעיל מספר מסלולים בו זמנית", הסביר וילסון, "ולכן קשה מאוד ללמוד תגובת לחץ אחת בכל פעם." בנוסף, כדי לייצר תגובות ספציפיות אלה, יש להציב תאים תחת לחץ, אך אז קשה לקבוע אם התגובה היא ממסלול ISR, או אם היא נובעת מפגיעה בתא חווה, או השפעה אחרת של תיקון או כישלון סלולרי. נוסף על כך, מולקולות שמפעילות את מסלול ה- ISR המתאים חייבות לעשות זאת מבלי להיות רעילות לתא עצמו כדי שהן יעילות טיפולית.
עם זאת, עם הפלטפורמה האופטוגנטית שפותחה במעבדה של וילסון, המשתמשת באור כדי ליצור "לחץ וירטואלי" מבלי לגרום לטראומה בפועל לתאים, ביו -רפואה התקרבה הרבה יותר להבנה ושליטה ב- ISR. בעקבות עבודה קודמת בהן החוקרים UCSB הצליחו להפעיל באור מסלול "תגובת לחץ ללא לחץ" המעורב בתגובה החיסונית המולדת לנגיפים, שיתוף פעולה זה טען כי בזיהוי מסלול זה הם יכלו לסקר ביעילות מאות אלפי מולקולות קטנות עבור הפוטנציאל שלהם לחזק את תגובות הלחץ האנטי -ויראלי.
המסך הראשוני של 370,830 תרכובות הביא לכ -300 תרכובות "קצרות רשימה" המחזקות באופן סלקטיבי מוות של תאים – כלומר, הגבירו את תגובת הלחץ ההורגת רק תאים נגועים כך שניתן יהיה להסיר אותם, מה שמפחית גם את יכולת הנגיף להתרבות ולהתפשט. בנוסף לבדיקות המוצלחות שלהם במבחנה עם זיקה, נגיף סינציאליאלי נשימתי (RSV) והרפס, הם הצליחו להדגים את יעילותם של התרכובות in vivo על מודל עכבר של הרפס העיניים. יהיה צורך במחקרים נוספים כדי לאמת ולייעל תרכובות אלה ולהבין טוב יותר את מנגנוני הפעולה שלהם.
הרעיון לפלטפורמת סינון אופטוגנטית זו הגיע לווילסון בעיצומה של מגיפת קוביד, כאשר המעבדה שלו הייתה מעורבת מאוד בבדיקות קוביד כדי לפקח על התפשטותה בקהילה.
"וכך חשבתי על מה שהעולם צריך להיות מוכן טוב יותר לקראת המגיפה הבאה", אמר וילסון, שגישתו החדשנית לגילוי סמים הובילה אותו למדעי ביו משולבים משותפים.
והגעתי למסקנה שכנראה הדבר היחיד שיש לו סיכוי ממש טוב לעבוד יהיה פאן-אנטי-וירלים המבטיחים מארח, מכיוון שאתה לא יודע מה הנגיף עד מאוחר מדי ולוקח זמן רב מדי לחיסון. לכן אנו זקוקים רק למולקולות שאנשים יכולים ליטול שהופכים אותנו בדרך כלל טובים יותר בלחימה בזיהומים. "
מקס ווילסון, אוניברסיטת קליפורניה – סנטה ברברה
גישה זו ניזונה ממחקר מעבדת וילסון מתנהלת כעת לגלות תרכובות שיכולות לעזור לנו להתיישן בריא יותר. הזדקנות משפיעה על חלק ממסלולי ה- ISR הללו, מה שעלול להוביל לחלק מהמחלות המתרחשות בהמשך החיים, כולל סוכרת המופעלת על ידי מבוגרים, כמה הפרעות וסוגי סרטן עצביים. ב- Biosciences משולב, הצוות משתמש כעת באופטוגנטיקה כדי לחקור ולמצוא מולקולות קטנות המווסתות רשתות איתות מרובות שמורה המעורבות במחלות הקשורות לגיל. מחקר חדש זה משמש הוכחה חזקה למושג המדגיש את הפוטנציאל של הפלטפורמה.
"אנו חושבים שיש לנו כעת את הפלטפורמה המרגשת הזו באמת בה אנו יכולים להבין כיצד מסלול מווסת במחלה מסוימת הקשורה לגיל על ידי בדיקתו בכלים אופטוגנטיים ומספקת המולקולה הקטנה המתקן את ההפרעה של המסלול, ובכך תיקון המחלה.
"אני חושב שאנחנו רק מגרדים את פני השטח של מה שהאופטוגנטיקה יכולה להשיג בגילוי תרופות", הוסיף וילסון. "אנו שמחים לראות אם אנו יכולים להשתמש בגישה חדשה זו כדי להביא טיפולים טרנספורמטיביים כל הדרך למרפאה. זה החלום."
