Utformningen av nya proteiner som självbildas till supramolekylära komplex är viktig för utvecklingen inom nanobioteknik och syntetisk biologi. Kredit:© 2018, American Chemical Society
Ett samarbetande forskarlag baserat i Japan har designat nya proteiner som kan självbilda sig i de komplexa strukturerna bakom biologiska organismer, lägga grunden för ledande tillämpningar inom bioteknik. Forskarna skapade och utvecklade proteinerna med en specifik funktion, och deras metod avslöjar en möjlighet att vissa proteinfunktioner kan skapas på begäran.
Forskarna publicerade sina resultat den 24 april i Syntetisk biologi , en peer-reviewed tidskrift publicerad av American Chemical Society (ACS).
"Alla organismer innehåller självmonterande biomolekyler inklusive proteiner, nukleinsyror, sockerarter, och lipider, " skrev Ryoichi Arai i tidningen. Arai är chef för avdelningen för supramolekylära komplex i Research Center for Fungal and Microbial Dynamism vid Shinshu University i Japan. "Förmågan att designa och kontrollera sådana sammansättningar är ett centralt mål för biomolekylär ingenjörskonst, nanobioteknik, och syntetisk biologi."
Arai och hans team utvecklade ett enkelt och stabilt artificiellt protein, kallas WA20, 2012. Senast 2015, forskarna gick vidare till protein nanobyggstenar (PN-block), som använder WA20 för att självmontera till flera nanostrukturer. Forskarna byggde på den framgången för att utveckla utökade PN-block, som länkar samman WA20-proteiner för att producera kedjeliknande proteinkomplex och ännu fler nanostrukturer.
"Designen och konstruktionen av självmonterande PN-block är en användbar strategi - de är som LEGO-block, " Arai sa, hänvisar till plastleksaksblocken som kan byggas in i väldigt olika strukturer trots hur lite de individuellt varierar.
Forskarna kopplade två WA20-proteiner i tandem (ePN-block), skapa oligomera strukturer. Ett annat PN-block (sPN-block) ingrep, påverkar strukturerna att vara olika, varierade kedjeliknande komplex på begäran. De supramolekylära nanostrukturkomplexen uppnåddes genom att införa en metalljon, vilket satte igång processen genom ytterligare självmontering.
Forskarna planerar att skapa en mängd stabila och funktionella komplexa nanostrukturer genom kombinationen av PN-block. Potentialen för PN-block har ökat ännu mer nu när fler komplex kan utvecklas med hjälp av metalljoner.
"Dessa resultat visar att PN-Block-strategin är en användbar och systematisk strategi för att konstruera nya nano-arkitekturer, " Arai sa, noterar att förmågan att konstruera nya komplex är särskilt viktig inom bioteknik och syntetisk biologi.
Nästa steg är att vidareutveckla nanostrukturer för att bidra till utvecklingen av nanobiomaterial, som skulle kunna användas som ett läkemedelstillförselsystem eller för att skapa användbara proteiner för biofarmaceutisk undersökning, som konstgjorda vacciner, på ett miljövänligt sätt.