Naukowcy z Uniwersytetu Jagiellońskiego we współpracy z uczonymi z Wielkiej Brytanii dokonali znaczącego przełomu w nanotechnologii, rozwijając dynamiczne, oparte na pentamerach nanorurki białkowe. Badania, których wyniki opublikowano w „ACS Nano”, pokazały, jak zaprojektowany enzym może tworzyć różnorodne puste struktury sferyczne i cylindryczne w odpowiedzi na bodźce.
Artykuł to efekt prac naukowców z Małopolskiego Centrum Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego, University of Leeds, University of York i Durham University. Wykorzystując możliwości mikroskopii elektronowej i modelowania matematycznego, odkryli oni zdolność zmodyfikowanego enzymu, zwanego syntazą lumazyny, do tworzenia wszechstronnych i adaptacyjnych nanostruktur.
Białko wykazuje niezwykłą zdolność do przekształcania się między pustymi kształtami sferycznymi a wydłużonymi, włóknistymi nanorurkami. Dzieje się tak w odpowiedzi na zawartość soli w roztworze. W przeciwieństwie do konwencjonalnych nanorurek, które opierają się na heksamerach lub innych układach podjednostek, nowo odkryte struktury składają się wyłącznie z pentamerów.
Dzięki nowoczesnemu kriogenicznemu mikroskopowi elektronowemu Titan Krios G3i, znajdującemu się w Narodowym Centrum Promieniowania Synchrotronowego SOLARIS UJ, oraz polskiej infrastrukturze obliczeniowej wysokiej wydajności PLGrid (Centra HPC: ACK Cyfronet AGH), naukowcom udało się zmapować struktury tych innowacyjnych kompleksów nanoklatek z niezwykłą precyzją.
Odkrycie jest ekscytujące, ponieważ pozwala nam zobaczyć i zrozumieć różne sposoby, w jakie pentamery wiążą się w tych nanoklatkach – wyjaśnia dr Łukasz Koziej, pierwszy autor pracy.
To pionierskie badanie dostarcza wgląd w mechanikę molekularną i zasady geometryczne kompleksów białkowych. Wyniki oferują nowy schemat projektowania nanoarchitektur o konfigurowalnych kształtach i funkcjach, co może zrewolucjonizować m.in. dostarczanie leków czy katalizę i tworzenie zaawansowanych nanomateriałów.
Zrobiliśmy obiecujący krok, aby utorować drogę do opracowywania nowych biomimetycznych urządzeń i materiałów o zindywidualizowanych właściwościach, co stanowi znaczący postęp w dziedzinie nanotechnologii – wskazuje dr Yusuke Azuma, lider grupy badawczej w MCB UJ.
Wyniki badań polsko-brytyjskiego zespołu zostały opublikowane w czasopiśmie „ACS Nano”.
MK, źródło: MCB UJ