Впервые исследователям удалось успешно изготовить и охарактеризовать полнофункциональную зеркальную нанопору — молекулярный шлюз, полностью построенный из D-аминокислот, зеркальных форм природных строительных блоков белков. Работа, возглавляемая профессором доктором Кожинджампарой Р. Махендраном из Центра биотехнологии имени Раджива Ганди (Индия) в сотрудничестве с Университетом Конструктор и другими партнерами, не только демонстрирует важный шаг в развитии нанонауки, но и открывает перспективные биомедицинские приложения, включая потенциальные методы лечения рака.

Белки в природе состоят почти исключительно из L-аминокислот, в то время как их аналоги из D-аминокислот обычно играют лишь второстепенную роль. Создание целых белков из D-аминокислот — чрезвычайно сложная задача, но она даёт поразительные преимущества: такие зеркальные структуры часто более устойчивы к деградации и могут по-разному взаимодействовать с биологическими системами.

В этом исследовании учёные разработали синтетическую стабильную и чётко определённую пору D-пептида, названную DpPorA. Примечательно, что, изменяя распределение заряда, им удалось создать улучшенные версии этих пор с повышенной проводимостью и селективностью в различных солевых условиях.

Эксперименты показали, что эти поры способны обнаруживать широкий спектр биомолекул на уровне отдельных молекул, включая пептиды, циклические сахара и некоторые белки, в том числе один, который играет ключевую роль в исследованиях болезни Паркинсона. Флуоресцентная визуализация подтвердила, что поры образуют крупные гибкие каналы в мембранах, обеспечивая транспорт молекул, зависящий от их размера.

«Наше моделирование предоставило картину на молекулярном уровне, необходимую для доказательства того, что эти зеркальные поры являются точными аналогами своих природных аналогов», — говорит профессор, доктор Ульрих Кляйнекатёфер, профессор физики в Университете Конструктор в Бремене и соавтор исследования, опубликованного в журнале Nature Communications . «Это понимание было необходимо для объяснения экспериментов и послужит руководством для разработки улучшенных вариантов пор в будущем».

Моделирование, проведённое учёными Университета Конструктор, сыграло ключевую роль в подтверждении архитектуры зеркальной поры. Сравнив D-пору с её естественным L-аналогом, исследования молекулярной динамики подтвердили, что они являются идеальными структурными отражениями, а также объяснили тонкие различия в проводимости и селективности, наблюдаемые в ходе экспериментов.

«Вычислительная работа дала нам уверенность в том, что мы действительно наблюдаем настоящую зеркальную пору», — объясняет доктор Калянашис Джана, научный сотрудник в группе Кляйнекатхёфера и первый автор статьи, внесший неоценимый вклад в ее разработку.

Помимо фундаментальной науки, результаты демонстрируют захватывающий биомедицинский потенциал. В клеточных исследованиях зеркально отраженные поры, помеченные флуоресцентными метками, продемонстрировали выраженное разрушающее действие на мембраны раковых клеток, но не оказали никакого влияния на нормальные клетки , что указывает на избирательную цитотоксичность, которая в будущем может быть использована для лечения рака.

Исследование также отражает преемственность научного сотрудничества, преодолевающего границы и поколения. Махендран и его коллега, доктор Харша Баджадж, получили докторские степени под руководством профессора доктора Матиаса Винтерхальтера в бывшем Университете Якобса в Бремене (ныне Университет Конструктор). Сегодня они продолжают сотрудничать с учёными Университета Конструктор, демонстрируя долгосрочные связи экспертных знаний, способствующие научному прогрессу.