En ny syntetisk nanofabrik inspireret af naturen

Bakterier på tværs af vores planet indeholder nanometerstore fabrikker, der gør mange forskellige ting. Nogle laver næringsstoffer, andre isolerer giftige materialer, der kan skade bakterierne. Vi har knap nok ridset overfladen af ​​deres funktionelle mangfoldighed.

Men alle deler et fælles ydre, en skal lavet af proteinfliser, at forskere fra Michigan State University lærer at manipulere i laboratoriet. Dette vil give dem mulighed for at bygge fabrikker efter deres eget design, ved hjælp af de naturlige byggesten. Ja, videnskabsmænd ser strukturerne som en kilde til nye teknologier. De forsøger at omsætte dem til at gøre ting, de ikke gør i naturen.

I en ny undersøgelse, Cheryl Kerfelds laboratorium rapporterer om en ny gensplejset skal, baseret på naturlige strukturer og principperne for proteinudvikling. Den nye skal er enklere, lavet af kun et enkelt designet protein. Det bliver lettere at arbejde med, og måske, endda udvikle sig i laboratoriet. Undersøgelsen er publiceret i ACS syntetisk biologi .

Naturlige skaller er lavet af op til tre typer proteiner. Den mest udbredte kaldes BMC-H. Seks BMC-H-proteiner samles for at danne en sekskantet form for at flisebelægge væggen.

På et eller andet tidspunkt i evolutionens historie, nogle par af BMC-H-proteiner blev sat sammen, i tandem. Tre af disse fusioner, kaldet BMC-T, forenes for også at danne en sekskantet form.

"De to halvdele af et BMC-T-protein kan udvikle sig separat, mens de forbliver ved siden af ​​hinanden, fordi de er smeltet sammen, " sagde Bryan Ferlez, en postdoc i Kerfeld-laboratoriet. "Denne udvikling giver mulighed for diversitet i strukturerne og funktionerne af BMC-T-skalproteiner, noget, som vi ønsker at genskabe ved design i laboratoriet."

Med udgangspunkt i denne naturlige udvikling af skalproteiner, holdet skabte et kunstigt BMC-T-protein, kaldet BMC-H2, ved at fusionere to BMC-H-proteinsekvenser sammen. Det nye design var vellykket.

"Til vores overraskelse, BMC-H2-proteiner danner skaller på egen hånd, " sagde. Sean McGuire, en tidligere universitetsforsker og tekniker i Kerfeld-laboratoriet. "De ligner vafflebolde med huller i skallen, "

Dette skyldes, at naturlige skaller er ikoniske, hvilket betyder, at de er lavet af hexamerer og pentamerer - tænk på en fodbold.

Næste, holdet dækkede hullerne i wiffle-boldskallen med BMC-P, den tredje type skalprotein, der danner pentamerer.

"Resultatet er en skal, omkring 25 nanometer bred, består af kun to proteintyper:den nye BMC-H2 og BMC-P, " siger Bryan. "Det er omkring halvdelen af ​​størrelsen af ​​strukturen bygget med alle tre proteintyper."

Det næste mål er at tilpasse den med tilpassede enzymer og finjustere den for at forbedre de kemiske reaktioner indeni. Den nye 'designer'-skal kunne bruges til produktion af biobrændstoffer, medicin og industrielle anvendelser.