Precisietechniek maakt het ontwerpen van virusachtige deeltjes mogelijk die genetisch materiaal in cellen kunnen afleveren

Wetenschappers van NPL passen, in samenwerking met AI-experts van IBM en het Science and Technology Facilities Council (STFC) Hartree Center, de principes van precisie-engineering van biologische systemen toe om het ontwerp van kunstmatige virusachtige deeltjes mogelijk te maken die genen kunnen inkapselen.

Dergelijke deeltjes, bekend als virionen, kunnen worden gebruikt om gewenst genetisch materiaal in cellen af ​​te leveren met brede toepassingen, waaronder gentherapie en technische biologie. Het specifiek afleveren van geneesmiddelen op de gewenste plaats van werking brengt aanzienlijke uitdagingen met zich mee en is van cruciaal belang voor de ontwikkeling van geneesmiddelen, waarbij wetenschappers proberen een gewenst therapeutisch effect mogelijk te maken zonder negatieve bijwerkingen te veroorzaken. Dit werk heeft het potentieel om oplossingen voor deze uitdaging bij te dragen.

De nieuwe studie, gepubliceerd in ACS Nanoricht zich op specifieke uitdagingen bij het ontwerpen van virionen met behulp van benaderingen die niet worden waargenomen in de virusbiologie.

De aanpak maakt gebruik van natuurlijk voorkomende aminozuren, de bouwstenen van eiwitten. In het bijzonder worden de virionen gevormd uit (L-aminozuren) die afwisselend samenkomen met hun spiegelreflecties, bekend als D-aminozuren, die samenkomen om virusachtige omhulsels te creëren die kunnen worden ontworpen om nucleïnezuren van verschillende groottes te omsluiten.

Het werk zal een breed scala aan toepassingen hebben, maar wordt momenteel vooral benut in toepassingen zoals gepersonaliseerde geneeskunde en gentherapie. Er is ook aangetoond dat alternatieve synthetische virionomhulsels antimicrobiële activiteit hebben, wat de mogelijkheid biedt voor de ontwikkeling van een nieuwe klasse antibiotica-alternatieven.

De studie biedt een uitstekend voorbeeld van voorspellend biologisch ontwerp waarbij gebruik wordt gemaakt van AI-modellen die de voorspelling kunnen ondersteunen van zowel het aantal moleculen dat nodig is om in elk virion te assembleren, als van de hoeveelheid nucleïnezuur die in elk virion wordt opgevangen.