Når proteiner giver hånd

Proteinfibre findes stort set overalt i naturen, herunder i edderkoppesilke, træ, mellemrummene mellem vævsceller, i sener, eller som naturlig fugemasse til små sår. Disse protein nanofibre har fremragende egenskaber såsom høj stabilitet, biologisk nedbrydelighed, og antibakterielle virkninger. Det er ikke let at skabe disse fibre kunstigt, langt mindre tildele dem specifikke funktioner. Disse spørgsmål diskuteres af materialeforskere fra Friedrich Schiller University Jena (Tyskland) i det seneste nummer af ACS Nano .

"Proteinfibre består af flere naturlige proteinmakromolekyler, " forklarer Prof. Dr. Klaus D. Jandt fra Otto Schott Institute of Materials Research ved Jena University. "Naturen bygger disse nanomaterialer ved hjælp af selvsamlingsprocesser." Det er ret svært at replikere naturlige fibre under laboratorieforhold. Prof. Jandt og hans team har, i de seneste år, skabte protein nanofibre fra de naturlige proteiner fibrinogen og fibronectin og kontrollerede deres størrelse og lineære eller forgrenede struktur.

Forskerne fra Prof. Jandts gruppe havde dernæst til formål at foruddefinere specifikke egenskaber af protein nanofibrene til senere brug som komponenter i biosensorer, partikler til medicinafgivelse, optiske prober eller knoglecement. At gøre dette, de søgte at kombinere to proteiner i en selvsamlende protein nanofiber for at skabe nye egenskaber. De brugte med succes proteinet albumin, som er ansvarlig for det osmotiske tryk i blodet, og hæmoglobin, proteinet i det røde blodpigment, der letter ilttransporten i blodet. Forskerne opløste begge disse proteiner i ethanol og opvarmede dem derefter til 65 °C. Over flere mellemliggende faser, dette resulterede i den tilsyneladende autonome dannelse af nye hybridprotein nanofibre, der indeholder begge proteiner for allerførste gang. Dette involverer et såkaldt "håndtryk" mellem de to proteiner, hvilket betyder, at lignende sektioner af begge kombineres for at danne en fiber.

"Det var ikke let at bevise, at disse nye hybridprotein nanofibre indeholder begge proteiner, da de nye fibre er så små, at der næsten ikke er nogen mikroskopimetoder, der kan se detaljer i dem, ”siger Klaus Jandt.

Prof. Dr. Volker Deckert og hans team fandt optiske signaler i de nye hybrid-nanofibre, der er typiske for albumin og hæmoglobin ved hjælp af tipforbedret Raman-spektroskopi (TERS). "Metodens ekstreme følsomhed gjorde det muligt for os at identificere de forskellige proteiner selv uden specielle markører, og tillod også deres entydige klassificering i tæt samarbejde med prof. Jandts kolleger, " siger prof. Deckert fra Leibniz-IPHT i Jena.

De innovative fibre kan bruges til målrettet konstruktion af nye, større konstruktioner med ønskede egenskaber, som tidligere var uopnåelige. Netværk af de nye nanofibre kan bruges som et nyt materiale til at regenerere knogler og brusk i fremtiden, for eksempel. Prof. Jandt siger, "Dette har åbnet døren for en helt ny generation af funktionelle materialer til medicinsk teknik, nanoelektronik, sensorik, eller optik, alt baseret på naturlige stoffer og konstruktionsprincipper. Disse biomimetiske principper vil have en afgørende effekt på fremtidens materialer. "Forskerne fra Jena er overbeviste om, at denne nye selvorganiseringsmetode også med succes kan overføres til andre proteiner, så længe de har identiske aminosyresekvenser i dele.