En ny måde at samle ressourcer på i fabrikker i nanostørrelse, der er målrettet mod bioteknologi

Laboratoriet af Cheryl Kerfeld ved Michigan State University har skabt en syntetisk fabrik i nanostørrelse, baseret på naturlige findes i bakterier. Denne forskning kan en dag føre til ny medicinsk, industrielle eller bioenergi applikationer.

Den nye undersøgelse er offentliggjort i Metabolisk teknik .

Naturlige nanofabrikker findes i bakterier overalt på planeten. Nogle laver næringsstoffer. Andre sekvestrerer giftige materialer, som ellers ville gøre bakterierne syge - eller endda dø.

Men alle fabrikker deler et fælles ydre, en skal lavet af proteinfliser. Forskere vil designe nye fabrikker, baseret på dem, der findes i bakterier naturligt, til brug i bioteknologi.

En måde at lede nyttige enzymer til disse fabrikker på er ved fysisk at fastgøre dem til haleenderne af de proteiner, der udgør fabriksskallerne. Men der er en fangst.

Enderne, eller endestation, af de fleste skalproteinfliser vender mod ydersiden af ​​en fabrik. Så alle molekyler fusioneret til proteinenderne ender på ydersiden og ikke indersiden. Dette er et problem, hvis målet er at holde et eller flere enzymer inde i en fabrik adskilt fra resten af ​​cellen.

"For at sende proteiner til indersiden af ​​fabrikken, vi havde brug for en ny slags byggeklods, der stadig var samlet i skaller, "sagde Bryan Ferlez, en post-doc forsker i Kerfeld-laboratoriet. "Vi havde til formål at redesigne et skalprotein, så dets ende vender indad. Slutresultatet er, at last forbundet til dette skalprotein også ville ende inde i skallen."

I den nye undersøgelse, forskerne tager det mest rigelige skalprotein, kaldet BMC-H, og vend det 'indefra' gennem en teknik kaldet cirkulær permutation.

De blander segmenter af aminosyresekvensen og limer de originale ender sammen. De introducerer derefter nye termini på den indre overflade af proteinet. Resultatet er en ny, syntetisk skalprotein, der ser næsten identisk ud med sit naturlige modstykke. Bortset fra nu, begge nye ender vender mod indersiden af ​​skallen.

Den nye struktur er en brugbar byggesten til at konstruere fabriksskaller. Forskerne har med succes produceret fabriksskaller, med det nye protein. De ligner de originale skaller i størrelse og udseende.

Den nye struktur kan inkorporere molekyler inde i skallen. Holdet testede konceptet ved at fusionere et fluorescerende cargo-protein til det nye BMC-H-protein. Mikroskopi og biokemiske test viser lasten på indersiden af ​​skallen.

Forskere kan kontrollere mængden af ​​gods, der importeres til den nye struktur.

"Ved at lave mere eller mindre af det nye BMC-H-protein med et fluorescerende protein fusioneret til dets ende, vi var også i stand til at kontrollere mængden af ​​last, der inkorporeres i skallen, " sagde Ferlez.

Næste, Ferlez ønsker at målrette "nyttige" molekyler ind i en syntetisk fabrik lavet med det nye skalprotein.

"Vi kan begynde at opbygge metaboliske veje, eller samlebånd, og definere mængder og placeringer af enzymer inden for disse nanofabrikker. En skønne dag, vi kunne bruge dette system til at øge produktionen af ​​gummi, biobrændstoffer, og andre varer, " Forklarede Ferlez.