Nová technologie inovuje vývoj aptamerů, syntetických alternativ protilátek

Aptamery jsou krátké řetězce DNA nebo RNA, které dokážou velmi přesně rozeznat a navázat konkrétní cílovou molekulu. Podobně jako protilátky je lze využít k detekci nebo ovlivnění funkce těchto molekul. Na rozdíl od protilátek jsou však mnohem stabilnější, lze je vyrábět synteticky a přesně chemicky upravovat podle požadovaných vlastností. Díky tomu mohou získat vlastnosti, kterých nelze u protilátek dosáhnout.

ÚOCHB: Nová technologie inovuje vývoj aptamerů, syntetických alternativ protilátek: Chemicky upravený DNA aptamer navázaný na cílový protein.

S rostoucí poptávkou po přesných a rychlých diagnostických nástrojích jsou aptamery v mnoha případech vhodnější než samotné protilátky. Jejich vývojový proces je však experimentálně a časově náročný a vyžaduje experty z několika vědních oborů. Tým vědců z ÚOCHB vedený dr. Markem Ondrušem a prof. Michalem Hockem nyní vyvinul technologii, která celý vývojový proces výrazně zkracuje.

„Vývoj aptameru často připomíná hledání jehly v kupce sena. Ve směsi bilionů různých DNA sekvencí se snažíme najít jedinou, která se silně a specificky váže na cílovou molekulu. Náš nový přístup umožňuje nejdřív nalézt ‚aptamerové rodiny‘ – stovky sekvencí s jistou podobností a následně identifikovat člena rodiny, který vykazuje nejlepší experimentální vlastnosti. Tento prvek přispívá ke zkrácení vývoje z několika měsíců na dny,“ říká Marek Ondruš.

Video: Nová technologie inovuje vývoj aptamerů, syntetických alternativ protilátek 

Výzkumníci zároveň rozšířili možnosti využití aptamerů. Jejich stavební bloky totiž chemicky upravují – připojují k nim nové funkční skupiny, které můžeme přirozeně najít například v aminokyselinách. Takto vzniklé molekuly kombinují výhody DNA i protilátek: pořadí jednotlivých stavebních bloků je dané pořadím písmen v DNA a díky rozmanitosti připojených chemických modifikací se výrazně rozšiřují možnosti aptameru rozpoznávat biologicky významné cíle a napodobovat interakce typické pro proteiny, které jsou základem mnoha biologických procesů. 

Potenciál nové metody ukázali vědci na lidském inzulinovém receptoru, klíčovém proteinu zapojeném do regulace hladiny cukru v krvi. Vyvinuli aptamer, který se na receptor specificky váže, a pomocí kryoelektronové mikroskopie detailně popsali molekulární mechanismus vzájemné vazby.

„Ukázali jsme, že chemicky zavedené funkční skupiny mají zásadní význam nejen pro rozpoznání a vytvoření komplexu aptameru s proteinem, ale také pro stabilizaci samotné struktury DNA aptameru. Naše výsledky poskytují nový pohled na to, jak lze pomocí chemicky upravených nukleových kyselin napodobovat vlastnosti proteinů,“ shrnuje Marek Ondruš.

Technologie by v budoucnu mohla doplnit nebo v některých aplikacích dokonce nahradit diagnostické nástroje založené na protilátkách. Výzkumníci spolupracují na dalším rozvoji technologie se společností IOCB Tech, která pomáhá přetavit objevy z ÚOCHB do praxe.

ÚOCHB/Tomáš Belloň: Nová technologie inovuje vývoj aptamerů, syntetických alternativ protilátek: Dr. Marek Ondruš, první autor studie, a prof. Michal Hocek, vedoucí vědecké skupiny Bioorganická a medicinální chemie nukleových kyselin, ÚOCHB

Původní článek

Expedient single-round selection of hyper-modified aptamer targeting insulin receptor from over-represented dually nucleobase-modified DNA libraries

Pablo Alberto Franco-Urquijo, Marek Ondruš, Jaroslav Kurfürst, Jana Škerlová, Irena Selicharová, Lucie Mužíková Čechová, Hana Šváchová, Alena Semerádtová, Anatolij Filimoněnko, Adéla Fejfarová, Jiří Homola, Tomáš Kouba & Michal Hocek

Nat. Commun., 2026

https://doi.org/10.1038/s41467-026-73676-y 

licencováno pod CC-BY 4.0

Abstrakt

Objev funkčních nukleových kyselin z knihoven náhodných sekvencí se obvykle opírá o několik časově náročných iterativních kol in vitro selekce s nízkou mírou úspěšnosti. V této práci představujeme strategii selekce v jediném kole, která umožňuje rychlý screening několika nadreprezentovaných DNA knihoven s modifikovanými nukleobázemi a různých selekčních podmínek a dokáže identifikovat modifikované aptamery s vysokou afinitou. Dvojitá separace následovaná amplifikací eluovaných sekvencí, analýzou NGS a klastrováním umožňuje rychlou identifikaci kandidátních aptamerů. Screening modifikovaných DNA knihoven obsahujících modifikované adeninové a uracilové nukleotidy nesoucí hydrofobní aromatické fenylové a indolové skupiny vedl k vývoji aptameru, který se váže na lidský inzulinový receptor se subnanomolární afinitou a mimořádnou specificitou. Struktura stanovená kryoelektronovou mikroskopií odhaluje význam každé aromatické modifikace, a to buď při stabilizaci sekundární struktury, nebo při zprostředkování interakcí s povrchem proteinu. Tento přístup překonává hlavní omezení selekce aptamerů a má potenciál pro vysokokapacitní screening i urychlení vývoje aptamerů nové generace pro diagnostické nebo terapeutické aplikace.