Ученые давно мечтали создать синтетические структуры из того же сырья, которое природа использует в живых системах — белки, — полагая, что такой прогресс позволит разработать трансформирующие наномашины, например, молекулярные клетки, которые точно доставляют химиотерапевтические препараты для опухолей или фотосинтеза системы сбора энергии от света. Теперь группа биологов из Университета Техаса в Остине и Университета Мичигана изобрела способ создания синтетических структур из белков, и, как и в природе, этот метод прост и может использоваться для самых разных целей.
«Мы думаем, что можем использовать эти структуры, подобные Legos, для создания более крупных вещей», — сказал Дэвид Тейлор, доцент кафедры молекулярных биологических наук в UT Austin и соавтор статьи в новой статье, опубликованной сегодня в журнале Nature Chemistry . «Мы также знаем некоторые правила изменения базового рецепта для создания различных типов строительных блоков».
В качестве доказательства концепции , команда создала крошечные структуры, которые напоминают два пончика, сложенных друг на друге, применяя электрические заряды к определенным точкам на естественных белках. Предыдущие исследователи сумели создать синтетические структуры из белков, но только после кропотливого прикрепления чего-либо к белкам или создания новых белков с нуля, что делало ранние методы сложными, длительными и ограничивающими. Напротив, новый метод, получивший название «Суперзаряженная сборка PRotein (SuPrA)», имитирует способ, которым белки в живых организмах работают, поскольку они создают молекулярные машины, которые выполняют различные функции жизни: структуры в новом методе являются сборка и гибкость.
«Наш подход берет белок , который обычно не собирается, и дает ему много потенциальных мест, где он мог бы, позволяя ему« выбирать », который лучше всего подходит для остальной части его геометрии и химии», — сказала Анна Симон, докторская степень научный сотрудник отдела молекулярной биологии UT Austin и соавтор статьи. «Это важно, потому что это дает нам возможность полу-прямых белков объединяться в более крупные структуры без необходимости заранее точно понимать, как они будут сочетаться друг с другом».
Первоначальная концепция этого нового метода была разработана Энди Эллингтоном, ассоциированным директором Центра системной и синтетической биологии UT Austin, а также профессором молекулярных биологических наук и соавтором исследования.
Чтобы продемонстрировать свою концепцию, исследователи начали с зеленого флуоресцентного белка , стандартного белка, используемого в качестве светящейся метки во всех видах биологических экспериментов. Они создали две слегка отличающиеся версии, используя метод, который никогда раньше не пытался: добавить электрические заряды, чтобы побудить белок к образованию дискретных, симметричных структур. Одна версия имела положительные заряды, добавленные в определенных точках, и она была смешана в растворе со второй версией, которая имела отрицательные заряды в определенных точках. Команда обнаружила, что каждая версия собрана в бесчисленное множество крошечных структур или макромолекулярных комплексов, каждый с одинаковым количеством и расположением белков.
Поскольку этот метод позволяет строить структуры из естественных белков, исследователи говорят, что он предлагает науке новый инструмент, который является масштабируемым, доступным и устойчивым.
«Это похоже на то, как люди используют 3D-принтеры, чтобы делать вещи из материалов, которые они не использовали в прошлом», — сказал Тейлор. «Этот новый метод дает нам еще один вариант для материалов. Эти материалы легко доступны, недороги и не вредны для окружающей среды».
