Исследователи успешно строят нанотрубки из кристаллов протеинов

Исследователи Tokyo Tech успешно развивали белковые нанотрубки из крошечных лесов, образованных путем сшивания искусственных белковых кристаллов. Этот подвиг мог ускорить создание наноразмерных носителей, искусственных ферментов и систем доставки для широкого спектра биотехнологических и биомедицинских применений.

. Этот метод включал четырехстадийный процесс: 1) введение цистеиновых остатков в белок дикого типа; 2) кристаллизация сконструированного белка в структуру решетки; 3) образование сшитого кристалла; и 4) растворение каркаса для высвобождения белковых нанотрубок. (Image credit: Tokyo Institute of Technology)

Исследовательская группа во главе с Такафуми Уэно в Отделе биомолекулярной инженерии Токийского технологического института разработала новый способ сборки белков в хорошо упорядоченные нанотрубки.

Последний прорыв может ускорить разработку систем доставки, наноразмерных носителей и искусственных ферментов для различных биотехнологических и биомедицинских применений.

Индивидуальные белковые наноструктуры были предметом интенсивных исследований, поскольку они могут быть использованы для разработки целенаправленных систем вакцинации и доставки лекарств, мощных и высокоспецифических катализаторов и для разработки ряда других потенциальных биоматериалов.

Когда дело доходит до сборки белковых агрегатов в водном растворе, исследователи столкнулись со многими трудностями из-за неупорядоченных способов свободного взаимодействия белков в различных условиях, например, температуры и рН.

Эти проблемы преодолеваются новой техникой, в которой используются кристаллы белка. Кристаллы выступают в качестве потенциального каркаса для белков для самостоятельной сборки в требуемые структуры. Исследование было опубликовано в журнале Chemical Science .

В новом методе задействованы четыре шага:

  • по подготовке сконструированного белка
  • образуя белковый кристаллический каркас
  • образующий сшитый кристалл
  • растворение эшафота для высвобождения белковых нанотрубок

Состоит из организованной структуры собранных структур, перекрестных связей кристаллической системы для стабилизации сборки и, таким образом, позволяет легко регулировать точные химические взаимодействия, представляющие интерес, – это подвиг, который не может быть реализован путем сшивания белков в растворе.

Первоначально команда выбрала RubisCO – естественный протеин – как строительный блок для разработки нанотрубки. RubisCO может сохранить свою форму из-за своей высокой стабильности, а ее кристаллическая структура из более ранних исследований сделала ее благоприятной для текущего исследования.

С помощью просвечивающей электронной микроскопии (ТЕА) в аналитическом отделе биоматериалов Suzukakedai Токийского технологического института исследователи успешно продемонстрировали образование белковых нанотрубок. Исследование также показало, что белковые нанотрубки могут сохранять свою ферментативную способность.

Наш метод сшивания может способствовать эффективному формированию кристаллического каркаса в желаемом положении (конкретные участки цистеина) внутри каждой трубки кристалла. В настоящее время, поскольку более 100 000 белковых кристаллических структур были депонированы в банке данных протеина, наш метод может быть применен к другим кристаллам белка для построения супрамолекулярных белковых комплексов, таких как клетки, трубки, листы .

Профессор Такафуми, факультет биомолекулярной инженерии, Токийский технологический институт.

Нанотрубка, описанная в этом анализе, может быть применена к широкому спектру применений. Он предлагает среду для накопления экзогенных молекул, которые могут использоваться в качестве платформ доставки в областях, связанных с фармацевтикой. Поскольку белковый строительный блок обладает естественной ферментативной активностью, нанотрубка потенциально может быть использована для катализа.

Source link