Protein Chemistry Laboratory(PCL) - مركز تحقيقات بيوشيمی و بيوفيزيك ibb
آزمایشگاه شیمی پروتئین
آزمایشگاه تحقیقاتی مهندسی پروتئین و پزشکی مولکولی
آزمایشگاه شیمی پروتئین (PCL) که در سال ۱۳۸۸ در دانشگاه شیراز تأسیس شد، از سال ۱۴۰۰ فعالیت خود را در دانشگاه تهران ادامه می‌دهد. این آزمایشگاه، به‌عنوان یک مجموعه پژوهش‌محور، به‌طور تخصصی در حوزه فناوری DNA نوترکیب، مهندسی پروتئین، و تعیین ویژگی‌های بیوفیزیکی و ارزیابی عملکرد زیستی پروتئین‌ها و پپتیدها فعالیت می‌کند. PCL طی سال‌های اخیر، ظرفیت‌های پژوهشی خود را در جهت گسترش مطالعات بنیادی و کاربردی توسعه داده و در برخی پروژه‌ها نیز بستر همکاری با صنایع بیوفارما را فراهم کرده است.
تخصص‌های اصلی: از ژن تا محصول خالص‌سازی‌شده
آزمایشگاه ما از یک پلتفرم پیشرفته فناوری DNA نوترکیب برای طراحی، مهندسی و بیان طیفی از پپتیدهای درمانی و پروتئین‌های نوترکیب، و در حوزه آنزیم‌ها با تمرکز بر آسپاراژیناز، در سیستم‌های میزبان باکتریایی بهره می‌برد. با استفاده از پلتفرم‌های بهینه‌سازی‌شده بیان میکروبی و تکنیک‌های پیشرفته کروماتوگرافی، امکان تولید با بازده بالا و تخلیص پروتئین‌ها و پپتیدها با خلوص بالا فراهم شده است.
تمرکز تخصصی: زیست‌داروها و بیماری‌های مرتبط با فولدینگ پروتئین‌ها
یکی از محورهای اصلی پژوهش‌های ما، طراحی، بهینه‌سازی و تولید نسل جدید زیست‌داروها است، از جمله:
- آنالوگ‌های انسولین و پروانسولین: پرداختن به چالش‌های کلیدی پایداری، فیبریلاسیون و تجمع (aggregation). در این راستا، آنالوگ‌های جدیدی با ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی و فارماکوکینتیکی بهبودیافته طراحی و تولید می‌شوند.
- تولید و مطالعه هورمون های اینکرتینی: مهندسی پپتیدهای جدید اینکرتینی با نیمه‌عمر، فعالیت زیستی و ظرفیت درمانی ارتقایافته برای مدیریت دیابت و چاقی.
- مکانیسم‌های مولکولی اختلالات کریستالینی: بررسی تأثیر جهش‌های مرتبط با آب‌مروارید و کاردیومیوپاتی در کریستالین‌های عدسی چشم بر ساختار پروتئین، پایداری، تجمع و فعالیت شبه‌چاپرونی.
- مهندسی آنزیم: به‌کارگیری راهبردهای مهندسی توالی در آنزیم ال-آسپاراژیناز با هدف افزایش پایداری، کاهش ایمنی‌زایی و بهبود عملکرد بالینی آن در درمان لوسمی.
تحلیل ساختاری–عملکردی و مدل‌سازی مولکولی
در PCL، با تکیه بر رویکردهای پیشرفته در تعیین ویژگی و مدل‌سازی مولکولی، تحلیل‌های عمیق ساختاری و عملکردی ارائه می‌شود که به درک دقیق‌تر روابط ساختار–عملکرد در سامانه‌های زیستی کمک می‌کنند.
- آنالیز ساختاری و کنفورماسیونی: بهره‌گیری از مجموعه‌ای جامع از روش‌های تحلیلی، از جمله طیف‌سنجی جرمی، دوطیفی‌نمایی دورانی (CD)، طیف‌سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR)، طیف‌سنجی رامان، طیف‌سنجی فلورسانس، پراکندگی نور پویا (DLS)، پراکندگی پرتو ایکس در زوایای کوچک (SAXS) و اولتراسانتریفیوژ تحلیلی (AUC)، برای تعیین ویژگی‌های ساختارهای اول، دوم، سوم و چهارم پروتئین‌ها و پپتیدها.
- شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی (MD): بهره‌گیری از مدل‌سازی محاسباتی و داکینگ مولکولی برای پیش‌بینی رفتار پروتئین‌ها و پپتیدها، ارزیابی اثر جهش‌های بیماری‌زا، و تبیین مکانیسم‌های برهم‌کنش‌های بین‌مولکولی.
- مطالعات بیماری‌زایی جهش‌ها و تغییرات پس از ترجمه: بررسی نقش جهش‌های ژنتیکی و تغییرات شیمیایی پس از ترجمه در اختلالات ناشی از تاخوردگی نادرست پروتئین (protein misfolding)، از جمله کاتاراکت و میوپاتی.
چشم‌انداز علمی و صنعتی
آزمایشگاه شیمی پروتئین (PCL) به‌عنوان یک مجموعه پژوهش‌محور، فعالیت خود را بر توسعه دانش و فناوری در حوزه بیوتکنولوژی متمرکز کرده است. این آزمایشگاه، در کنار پژوهش‌های بنیادی، در چارچوب برخی طرح‌های ارتباط با صنعت نیز مشارکت داشته و از طریق توانمندی‌های تخصصی خود در طراحی، تعیین ویژگی و ارزیابی اولیه پروتئین‌ها و پپتیدها، به پیشبرد پروژه‌های پژوهشی و توسعه‌ای کمک می‌کند.
روش‌شناسی‌های پیشرفته و ابزارهای تحلیلی
آزمایشگاه ما از یک بستر پژوهشی جامع و چندرشته‌ای برخوردار است که طیف گسترده‌ای از مطالعات در حوزه پروتئین و پپتید را، از طراحی ژنتیکی و تولید نوترکیب تا تعیین ویژگی‌های ساختاری و ارزیابی عملکردی، پشتیبانی می‌کند. بهره‌گیری از فناوری‌های پیشرفته در این آزمایشگاه، انجام پژوهش‌های دقیق، تکرارپذیر و مسئله‌محور را فراهم می‌سازد.
- مهندسی مولکولی و طراحی ژنتیکی: به‌کارگیری رویکردهای نوین برای طراحی سازه‌های ژنی، جهش‌زایی هدفمند، کلونینگ، و تأیید سازه‌ها از طریق تعیین توالی DNA با دقت بالا.
- بیان و تولید نوترکیب: استفاده از سامانه‌های بهینه‌سازی‌شده بیان میکروبی برای تولید کارآمد و پربازده پروتئین‌های نوترکیب، پپتیدها و سایر زیست‌مولکول‌های مهندسی‌شده.
- فناوری‌های زیست‌فرآیند و خالص‌سازی: بهره‌گیری از پلتفرم‌های متنوع کروماتوگرافی، از جمله FPLC و HPLC، برای جداسازی و خالص‌سازی زیست‌مولکول‌ها با خلوص بالا، همراه با کنترل کیفیت دقیق با استفاده از SDS-PAGE، وسترن بلات و روش‌های مرتبط.
- شناسایی مولکولی و پروتئومیکس: تأیید هویت مولکولی و بررسی ویژگی‌های پروتئینی با استفاده از طیف‌سنجی جرمی و وسترن بلات.
- آنالیز ساختاری و کنفورماسیونی: تعیین ویژگی‌های ساختارهای اول، دوم، سوم و چهارم پروتئین‌ها با استفاده از طیف‌سنجی جرمی، دوطیفی‌نمایی دورانی (CD)، طیف‌سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR)، طیف‌سنجی رامان، طیف‌سنجی فلورسانس، پراکندگی نور پویا (DLS)، پراکندگی پرتو ایکس در زوایای کوچک (SAXS) و اولتراسانتریفیوژ تحلیلی (AUC).
- پروفایل پایداری و استحکام: ارزیابی پایداری حرارتی، شیمیایی و پروتئولیتیک با استفاده از گرماسنجی روبشی تفاضلی (DSC)، روش‌های مبتنی بر فلورسانس، CD و SDS-PAGE.
- سنجش های عملکردی و فعالیت زیستی: ارزیابی فعالیت زیستی، کارایی تاخوردگی و بازتاخوردگی (refolding)، عملکرد مولکولی و ظرفیت کاربردی زیست‌مولکول‌ها با استفاده از سنجش‌های درون‌کشتگاهی، سلولی و، در برخی موارد، مدل‌های زیستی مرتبط.
- تعیین ویژگی‌های تجمع و خودآرایی: بررسی گذارهای کنفورماسیونی، تجمع بی‌شکل (amorphous) و فیبریلاسیون شبه‌آمیلوئیدی با استفاده از رویکردهای مکمل طیف‌سنجی و میکروسکوپی، از جمله میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) و میکروسکوپ فلورسانس.
- ارزیابی‌های سلولی و مطالعات اولیه زیستی: بررسی سمیت سلولی، زیست‌مانی سلول، پاسخ‌های مرتبط با آپوپتوز و اثربخشی زیستی با استفاده از سنجش‌های سلولی استاندارد و نشانگرهای بیوشیمیایی.