Forskere skaber umulige proteinbure i nanostørrelse ved hjælp af guld

Forskere fra et internationalt samarbejde er lykkedes med at skabe et "proteinbur" - en struktur på nanoskala, der kunne bruges til at levere lægemidler til bestemte steder i kroppen, og som let kan samles og skilles ad, men tåler også kogning og andre ekstreme forhold. Det gjorde de ved at udforske geometrier, der ikke findes i naturen, og som minder om "paradoksale geometrier", der findes i islamisk kunst.

Rollespillere – i det mindste dem der spillede før den digitale tidsalder – er klar over, at der er begrænsninger for terningernes form; prøv at lave en sekssidet terning ved at erstatte de firkantede flader med trekanter, og du vil stå tilbage med noget forfærdeligt forvrænget og bestemt ikke retfærdigt. Dette skyldes, at der er strenge geometriske regler for samlingen af ​​disse såkaldte isoedre. I naturen, isoedriske strukturer findes på nanoniveau. Normalt lavet af mange proteinunderenheder og med et hult indre, disse proteinbure udfører mange vigtige opgaver. De mest berømte eksempler er vira, der bruger proteinbure som bærer af viralt genetisk materiale ind i værtsceller.

Syntetiske biologer, for deres del, er interesseret i at lave kunstige proteinbure i håbet om at give dem nyttige og nye egenskaber. Der er to udfordringer for at nå dette mål. Det første er geometriproblemet - nogle kandidatproteiner kan have stor potentiel nytte, men bliver automatisk udelukket, fordi de har den forkerte form til at samles i bure. Det andet problem er kompleksitet - de fleste protein-protein-interaktioner medieres via komplekse netværk af svage kemiske bindinger, som er meget vanskelige at konstruere fra bunden.

Den nye forskning begyndte på Heddle Initiative Research Unit på RIKEN i Japan og flyttede til Malopolska Center of Biotechnology, Jagiellonian University i Polen. Forskerne fandt en måde at løse begge problemer på. "Vi var i stand til at erstatte de komplekse interaktioner mellem proteiner med simple 'hæfteklammer' baseret på koordineringen af ​​enkelte guldatomer, " forklarer professor Jonathan Heddle, forskningens seniorforfatter. "Dette forenkler designproblemet og giver os mulighed for at præge burene med nye egenskaber såsom montering og demontering efter behov."

Forskerne fandt også en måde at komme uden om det geometriske problem:"Byggestenene i vores proteinbur er 11-leddede ringe." siger Ali Malay, avisens første forfatter, som i øjeblikket er i RIKEN Center for Sustainable Resource Science. "Matematisk set, sådanne former bør forbydes at danne symmetriske polyedre." forskerne fandt ud af, at på grund af iboende fleksibilitet, proteinkomplekser kan opnå hidtil hidtil usete konstruktioner baseret på næsten perfekte geometriske tilfældigheder. "Tidligere proteiner, der blev ignoreret, fordi de havde den 'forkerte' form, kan nu overvejes, " siger Malay.

Konsekvenserne af arbejdet er vidtrækkende. "Hvad vi, sammen med vores samarbejdspartnere, har fundet, er blot det første skridt, " siger Heddle, der håber, at arbejdet kan udvides yderligere til at producere bure med nye strukturer og nye kapaciteter og også undersøges for potentielle anvendelser, især inden for medicinafgivelse.

Undersøgelsen er publiceret i Natur .