Proteinchips

Der Abschluss des Humangenomprojekts im vergangenen Jahr markierte einen Meilenstein in der Medizin. Die detaillierte Kartierung des gesamten Satzes menschlicher Gene war ein jahrzehntelanges Projekt, an dem einige der besten Köpfe der Biologie gearbeitet haben. Aber in vielerlei Hinsicht war dies nur der Anfang der eigentlichen medizinischen Herausforderung: das Verständnis der rund Millionen Proteine, die die molekularen Arbeitspferde des menschlichen Körpers sind. Gene sind eigentlich nur der Programmiercode, der Zellen sagt, wie sie Proteine ​​synthetisieren sollen; fast die gesamte biologische Wirkung findet zwischen diesen großen, komplexen Molekülen statt.

Wenn Proteine ​​sich schlecht benehmen, können sie unsere Gesundheit auf vielfältige Weise zerstören, von den Amyloidproteinen, die die Gehirne von Alzheimer-Patienten verkleben, bis hin zu den Proteinen, die ein unkontrolliertes Wachstum von Krebszellen verursachen. Eine effektivere Bekämpfung von Krankheiten bedeutet, die Funktionsweise und Interaktion von Proteinen besser in den Griff zu bekommen – und zu versagen. Die wichtigsten neuen Werkzeuge zum Lesen der riesigen Proteinbibliothek sind Mikroarrays, kleine Chips mit Tausenden von Proteinproben, die schnell und kostengünstig analysiert werden können. Hier erhalten die Menschen Antworten darüber, wie sich Krankheiten entwickeln, wie Medikamente wirken und wie man neue Medikamente findet, sagt Peter Wagner, Chief Technical Officer von Zyomyx, einem in Hayward, Kalifornien, ansässigen Protein-Chip-Startup.

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Diese Geschichte war Teil unserer Ausgabe vom Mai 2001



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Zyomyx hat fast ein Dutzend Konkurrenten, darunter Large Scale Proteomics, Ciphergen Biosystems, Packard BioScience und Phylos. Die ersten Produkte der Branche werden in einem Jahr auf dem Markt erwartet, und obwohl die Technologien variieren, sind die neuen Biochips im Allgemeinen zweidimensionale Gitter aus Proteinen oder Proteinfragmenten, die an einem festen Träger befestigt sind.

Wenn der Protein-Microarray Biochemikalien oder Lösungen anderer Proteine ​​ausgesetzt wird, bleiben einige dieser Moleküle haften und andere werden abgewaschen; diejenigen, die kleben, können durch verschiedene Marker identifiziert werden, beispielsweise durch fluoreszierende Markierungen. Moleküle, die stark an bestimmten Proteinen haften, sind wertvolle Hinweise auf der Suche nach neuen Medikamenten, denn diese Bindungsfähigkeit macht Arzneimittel wirksam. Und für die Diagnostik könnte die Messung ungewöhnlich hoher Mengen an verräterischen Proteinen in einer Blutprobe mit diesen Biochips eine schnelle Methode zur Früherkennung von Herzinfarkt und Krebs sein.

Die Idee von Mikrochips ist in der Biologie nichts Neues. Die Herstellung von DNA-Chips ist seit den frühen 1990er Jahren einer der heißesten Bereiche der Biotechnologie, als innovative Forscher die Robotik- und Lithografie-Mustertechnologie, die bei der Herstellung von Silizium-Mikroelektronik verwendet werden, auf die DNA-Analyse anwenden. Sie waren in der Lage, Tausende von genetischen Materialien auf Objektträgern oder Plastikwafern zu befestigen und diese Chips zu verwenden, um DNA in einer interessierenden Probe zu identifizieren. Diese DNA-Chips werden heute häufig in der medizinischen Forschung verwendet.

die Natur der Firma coase

Aber die Herstellung eines Proteinchips ist weitaus ärgerlicher. Während DNA ziemlich robust ist, schrumpfen Proteine ​​​​Veilchen. Proteine ​​sind exquisit gefaltete Ketten von Untereinheiten, die Aminosäuren genannt werden, und vieles, was Proteine ​​tun, hängt von dem genauen dreidimensionalen Muster ab, in das sich die Kette faltet. Außerhalb eines engen Bereichs von Umweltbedingungen denaturieren Proteine ​​- die Aminosäurekette verliert ihre dreidimensionale Struktur und kollabiert wie ein Haufen verkochter Spaghetti. Bei der Herstellung von Mikroarrays müssen die Forscher die Proteine ​​​​in einer wässrigen Lösung die ganze Zeit auf der richtigen Temperatur halten.

Trotz dieser Herausforderungen entwickelt sich die Zukunft der Proteinbiochips rasant. Es gibt überall in der [Biotech-]Branche ein klares Verständnis dafür, dass man sich jetzt auf Proteine ​​konzentrieren muss, sagt Wagner von Zyomyx. Laut einem aktuellen Bericht von BioInsights, einem Biotech-Beratungsunternehmen in Redwood City, Kalifornien, wird der Umsatz mit Proteinbiochips im Jahr 2006 voraussichtlich auf eine halbe Milliarde Dollar ansteigen.

Und die letztendlichen Auswirkungen der Technologie können weit außerhalb der biologischen Forschungsgemeinschaft spürbar sein. Nützliche Proteinchips für die Diagnostik sollten in einigen Jahren verfügbar sein, sagt N. Leigh Anderson, CEO von Large Scale Proteomics. Es wird nicht so lange dauern, wie manche denken. Das mag eine optimistische Prognose sein, aber wenn er richtig liegt, könnten Packungen mit kleinen Proteinchips bald genauso allgegenwärtig sein wie Zungenspatel oder Gummihandschuhe in Ihrer Arztpraxis.

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