Ученые смогли заставить белки формировать синтетические структуры

Ученые давно мечтали создать синтетические структуры из того же материала, который природа использует в живых системах — белки, — полагая, что такой прогресс позволит разработать трансформирующиеся наномашины, например, молекулярные клетки, которые точно доставляют химиотерапевтические препараты для опухолей или системы фотосинтеза для сбора энергии от света.

Теперь группа биологов из Университета Техаса в Остине и Университета Мичигана изобрела способ создания синтетических структур из белков, и, как и в природе, этот метод прост и может использоваться для самых разных целей.

«Мы думаем, что можем использовать эти структуры, подобные Лего, для создания более крупных объектов», — сказал Дэвид Тейлор, доцент кафедры молекулярных биологических наук в UT Austin и соавтор статьи, опубликованной в журнале Nature Chemistry. «Мы также знаем некоторые правила изменения базового рецепта для создания различных типов строительных блоков».

В качестве доказательства концепции команда ученых создала крошечные структуры, которые напоминают два пончика, сложенных друг на друге, применяя электрические заряды к определенным точкам на встречающихся в природе белках.

Предыдущие исследователи сумели создать синтетические структуры из белков, но только после кропотливого прикрепления чего-либо к белкам или создания новых белков с нуля, что делало более ранние методы сложными, длительными и ограниченными. Напротив, новый метод, получивший название «SUpercharged PRotein Assembly (SuPrA)», имитирует то, как работают белки в живых организмах, поскольку он делает молекулярные машины, которые выполняют различные функции жизни: структуры в новом методе являются самосборными и гибкими.

Чтобы продемонстрировать свою концепцию, исследователи начали с зеленого флуоресцентного белка, стандартного белка, используемого в качестве светящейся метки во всех видах биологических экспериментов.

Они создали две слегка отличающиеся версии, используя метод, который никогда раньше не применялся: добавить электрические заряды, чтобы побудить белок к образованию дискретных, симметричных структур. Одна версия имела положительные заряды, добавленные в определенных точках, и она была смешана в растворе со второй версией, которая имела отрицательные заряды в определенных точках. Исследователи обнаружили, что каждая версия собрана в бесчисленное множество крошечных структур или макромолекулярных комплексов, каждый с одинаковым количеством и расположением белков.

Поскольку этот метод позволяет строить структуры из естественных белков, исследователи говорят, что он предлагает науке новый инструмент, который является масштабируемым, доступным и устойчивым.

«Это похоже на то, как люди используют 3D-принтеры, чтобы делать вещи из материалов, которые они не использовали в прошлом», — сказал Дэвид Тейлор. «Новый метод дает нам еще один вариант для материалов. Эти материалы легко доступны, недороги и не вредны для окружающей среды».

Anna J. Simon et al, Supercharging enables organized assembly of synthetic biomolecules, Nature Chemistry (2019). DOI: 10.1038/s41557-018-0196-3