Międzynarodowy zespół badawczy z Małopolskiego Centrum Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego skonstruował sferyczną strukturę białkową o niezwykle dużej stabilności, zdającą się przeczyć prawom geometrii. Wynalazek ten może znaleźć zastosowanie m.in. w inżynierii materiałowej i medycynie. Wyniki badań zespołu opublikowano w kolejnym numerze czasopisma Nature.
Każdy miłośnik gier fabularnych wie, że, choć kości do gry mogą mieć różną liczbę ścian, ich kształt jest ściśle określony. Niemożliwe jest np. zastąpienie ścian kwadratowych w kostce sześciościennej trójkątami. Tym, jakie kształty mogą stanowić ściany różnych rodzajów kości – czyli, używając terminologii naukowej, wielościanów foremnych – rządzą zasady geometrii. W przyrodzie, tego rodzaju kształty występują często na poziomie mikroskopowym. Te obiekty bardzo niewielkich rozmiarów, zwane klatkami białkowymi, odpowiedzialne są za wiele ważnych zadań. Ich najbardziej znanym przykładem są wirusy, u których klatka służy do transportu materiału genetycznego do komórek zakażonego organizmu.
Naukowcy zainteresowani są tworzeniem sztucznych klatek białkowych, licząc, że umożliwi to nadanie im cech niedostępnych w naturze. Dążąc do tego celu, badacze napotykają na dwie zasadnicze trudności. Pierwszą z nich jest problem geometrii – niektóre potencjalnie bardzo użyteczne białka muszą zostać wykluczone ze względu na kształt uniemożliwiający tworzenie klatek. Drugim problemem jest złożoność – w przyrodzie liczne białka tworzące klatki białkowe spajane są przez złożoną sieć wiązań chemicznych, których budowę trudno jest przewidzieć i symulować.
Zespół badawczy kierowany przez dr. Jonathana Heddle’a z Laboratorium Bionanonauki i Biochemii Małopolskiego Centrum Biotechnologii UJ znalazł sposób na przezwyciężenie obu tych trudności.
– Zdołaliśmy zastąpić złożone powiązania między białkami prostymi „klamrami” z jednego atomu złota. Ułatwia to projektowanie klatek i umożliwia nadanie im nowych cech, takich jak składanie i rozkładanie się na życzenie – tłumaczy dr Heddle.
Badacze znaleźli również sposób na ominięcie problemu geometrii.
– Klatki białkowe zbudowane z są z jedenastobocznych figur. Teoretycznie, nie nadają się one na ściany wielościanów foremnych. Niemniej jednak, chociaż stwierdzenie to jest prawdziwe z matematycznego punktu widzenia, niektóre z tych figur mogą złożyć się w na tyle foremne klatki, że błędy nie są dostrzegalne. Oznacza to, że możemy obecnie korzystać z białek, których użycia wcześniej nie rozważaliśmy, ponieważ są one teoretycznie niezdolne do tworzenia klatek – wyjaśnia naukowiec.
Odkrycie to może mieć daleko idące konsekwencje. Dr Heddle liczy, że odkrycie jego zespołu może zostać wykorzystane w celu budowy klatek białkowych o nowej strukturze i nowych możliwościach oraz przetestowane pod kątem możliwych zastosowań, zwłaszcza w dziedzinie dostarczania leków do organizmu.
Źródło: UJ
Pełny tekst artykułu: An ultra-stable gold-coordinated protein cage displaying reversible assembly