Hiçbir özel tasarım göz önünde bulundurulmadan sıfırdan yaratılan yeni proteinler, bazen doğal bir protein görevi görebilir. Keşif, ısmarlama organizmalar oluşturmaya çalışan sentetik biyologların araç setini genişletebilir.
Evrendeki atomlardan daha fazla olası protein vardır ve yine de evrim bunların yalnızca küçük bir kısmını test etmiştir. Proteinlerin geniş, denenmemiş alanının biyolojik kullanımları olabilecek bazılarını içerip içermediğini kimse bilmiyor.
Şimdiye kadar, yeni proteinleri bir araya getiren çoğu araştırmacı, her bir amino asit yapı bloğunu titizlikle seçti, böylece ortaya çıkan protein, etkileşime girmesi amaçlanan moleküllere tam olarak uyan önceden planlanmış bir şekle tam olarak katlanıyor.
Princeton Üniversitesi’nde kimyager olan Michael Hecht, çok daha gevşek bir yaklaşım denemeye karar verdi. Proteinler katlanır çünkü bazı amino asitler suyla kolayca birleşir, diğerleri ise proteinin içine sıkışır.
Hecht, katlanmış proteinler için ortak bir şekil seçti, dört parmağın birbirine sıkıca bastırıldığını anımsatan dört sarmallı demet olarak adlandırıldı ve proteinde hangi konumların su seven amino asitlere sahip olması gerektiğini ve almak için sudan kaçınan kısımları hesapladı.
Sonra bu pozisyonları doldurmak için bu iki kategoriden rastgele amino asitler seçti. İşlemi defalarca tekrarladı ve sonunda yaklaşık bir milyon farklı yarı rastgele protein tasarladı.
Daha sonra Hecht, bu proteinlerin her birini kodlayan DNA molekülleri oluşturdu ve bu genetik materyali bakterilere yerleştirdi.
Bu proteinlerden herhangi birinin biyolojik işlevlere sahip olup olmadığını test etmek için Hecht, her birini tek bir geni (ve dolayısıyla kodladığı proteini) eksik olan E. coli bakterisine sağladı. Hecht’in test ettiği eksik genler, biyokimyasal reaksiyonları katalize eden enzimleri kodlayan genlerdi.
Yeni proteinler bakterileri “kurtarır” ve hayatta kalmalarına yardımcı olur mu? Çoğu zaman olmadı.
Ancak Hecht’in üzerinde çalıştığı 80 gen delesyonundan dördü için, yarı rastgele yeni proteinlerin en az biri ve bir durumda yüzlerce eksik işlevi geri getirdi.
Daha yakından baktığında bir sürprizle karşılaştı. Kurtarma proteinlerinden hiçbiri, eksik enzimi reaksiyonunu katalize ederek değiştirmedi. Bunun yerine Mesa, Arizona’daki Astrobiyoloji Bilim Konferansı’na verdiği demeçte, bakterilerdeki diğer ilgili enzimleri, eksik olanı devralabilmeleri için düzenlediler.
Bir takip deneyinde Hecht, amino asidi soğutmak için gereken kimyasal bir reaksiyonu katalize eden bir enzim görevi gören en az bir yeni protein buldu.
Hecht, bu doğrudan katalizin, normalde bir enzimden ziyade yapısal bir protein olan dört sarmallı demet dışındaki temel şekillere sahip proteinlerde daha da yaygın olması gerektiğini öne sürüyor. Sentetik biyologlar, araç takımları çok çeşitli yeni proteinler bulmak için Hecht’in yaklaşımını kullanabilmelidir.
Örneğin, Hecht, yeni proteinlerin günümüzün antikor bazlı ilaçlarına benzer işlevler sağlayabileceğini, ancak istenmeyen bir araya gelme eğilimi göstermediğini söylüyor. Diğer proteinler toksinlere bağlanabilir veya onları parçalayabilir.
Ancak bu sözü yerine getirmek muhtemelen biraz uzaktır. Georgia Institute of Technology’de kimyager olan Nicholas Hud , Hecht’in şu ana kadar yeni proteinlerinin işlevini tahmin edemediğini belirtiyor, bu da yararlı bir şey bulmak için büyük miktarda deneme yanılma gerektiğinin gerekli olduğunu söylüyor. Hud, “Enzimlerin de novo tasarımı hâlâ ulaşamayacağımız bir yerde,” diyor.
