Kunstige organeller baseret på hybridproteinnanopartikler

Kompartmentalisering er en af ​​de vigtigste strategier, hvorved naturen giver mulighed for kontrol over mange biologiske processer. For den korrekte funktion af levende celler er organeller, små rum i cellen, afgørende. Forskere arbejder på måder at lave kunstige organeller, der tilføjer nye funktionaliteter til celler eller korrigerer dysfunktionelle processer i celler, for eksempel som terapi for stofskiftesygdomme. Dette kan opnås ved at bruge syntetiske komponenter til at producere kunstige organeller uden for cellen eller ved at bruge komponenter lavet i cellen. Og det er sidstnævnte tilgang, Suzanne Timmermans udforskede til sin ph.d. forskning gennem brug af proteinnanopartikler.

Stabilisering af domæner

For hendes ph.d. forskning, brugte Suzanne Timmermans proteinnanopartikler til at udvikle kunstige organeller, der kunne udføre nye job i cellen. Disse mikroskopiske partikler er sammensat af virale kapsider (proteinskallerne af vira), hvortil et stabiliserende proteindomæne blev tilføjet.

Timmermans demonstrerede, at nanopartiklerne er stabile over længere tid under forhold, der kan sammenlignes med dem inde i celler. Dette er afgørende for den korrekte funktion af en kunstig organel, da det ville være meget ødelæggende, hvis det skulle gå i opløsning og miste sin funktion inde i cellen. Derudover gør de stabiliserende domæner det muligt for nanopartiklerne at reagere på deres miljø ved at ændre deres størrelse. De naturlige processer i cellen viser ofte en sådan responsiv adfærd, så det er meget vigtigt at efterligne dette.

Aktiv komponent

For at have en bestemt funktion i cellen skal en kunstig organel indeholde en aktiv komponent. Enzymer er fremragende kandidater, da disse proteinkatalysatorer kan produceres af celler, de er naturligt aktive inde i cellerne, og der kendes mange enzymer med alle slags funktionaliteter.

Proteinnanopartiklerne, som Timmermans bruger, består af en tom kerne. Hun viste, at det er muligt at indkapsle enzymer i den kerne. Dette blev opnået både uden for celler og inden for levende celler. Specifikt er sidstnævnte fund meget lovende for udviklingen af ​​en kunstig organel.

Gavnlig effekt på og inde i celler

Til sidst vurderede Timmermans, om de kunstige organeller har en gavnlig effekt på og inde i celler. Først brugte hun aktiviteten af ​​de indkapslede enzymer til fremstilling af en forbindelse, der kunne bruges af cellen til at producere et bestemt protein. Dernæst vurderede hun, om indkapsling inde i den kunstige organel kunne beskytte enzymet mod hurtig nedbrydning af såkaldte proteaser. Dette aspekt af projektet viste sig at være meget udfordrende at bevise, og dette projekt er stadig under udvikling.

Samlet set har Timmermans' forskning fremmet viden om udviklingen af ​​kunstige organeller, der produceres inde i celler. Vigtige udfordringer, som stadig skal overvindes, er realiseringen af ​​aktiviteten af ​​de kunstige organeller inde i celler, reguleringen af ​​denne aktivitet ved hjælp af specifikke signaler og påvisningen af ​​organellerne inde i celler. Ved at samarbejde med forskellige videnskabelige discipliner og ved at bruge den udvikling, der er sket med andre proteinnanopartikler, håber Timmermans, at disse forhindringer kan overvindes i fremtiden. + Udforsk yderligere

Molekylær fabrikker:Kombinationen mellem natur og kemi er funktionel