Forskare har länge drömt om att skapa syntetiska strukturer av samma råmaterial som naturen använder i levande system – proteiner – och tror att ett sådant framsteg skulle möjliggöra utvecklingen av transformativa nanomaskiner, till exempel, molekylära burar som exakt levererar kemoterapiläkemedel till tumörer eller fotosyntetiska system för att hämta energi från ljus. Nu har ett team av biologer från University of Texas i Austin och University of Michigan uppfunnit ett sätt att bygga syntetiska strukturer från proteiner, och precis som i naturen, Metoden är enkel och kan användas för en mängd olika ändamål.

"Vi tror att vi kan använda dessa strukturer ungefär som Legos för att bygga större saker, sa David Taylor, biträdande professor i molekylär biovetenskap vid UT Austin och medförfattare på ett nytt papper som publicerades idag i tidskriften Naturkemi . "Vi känner också till några av reglerna för att modifiera grundreceptet för att göra olika typer av byggstenar."

Som ett bevis på konceptet, teamet byggde små strukturer som liknar två munkar staplade ovanpå varandra genom att applicera elektriska laddningar på specifika fläckar på naturligt förekommande proteiner. Tidigare forskare har lyckats skapa syntetiska strukturer från proteiner men bara efter att noggrant fäst något på proteiner eller skapat nya proteiner från grunden, göra tidigare metoder komplicerade, tidskrävande och begränsande. Däremot den nya metoden, kallad "SUpercharged PROtein Assembly (SuPrA), " efterliknar hur proteiner i levande organismer fungerar när de gör de molekylära maskiner som utför livets olika funktioner:Strukturerna i den nya metoden är självmonterande och flexibla.

"Vår metod tar ett protein som normalt inte sätts ihop, och ger den många potentiella webbplatser där den kanske kan, så att den kan "välja" vilken som passar resten av dess geometri och kemi bäst, sa Anna Simon, en postdoktor vid UT Austins avdelning för molekylär biovetenskap och medförfattare till artikeln. "Detta är viktigt eftersom det ger oss ett sätt att semi-direkta proteiner att organisera i större strukturer utan att behöva förstå exakt hur de kommer att passa ihop."

Det ursprungliga konceptet för denna nya metod utvecklades av Andy Ellington, biträdande direktör för UT Austins Center for Systems and Synthetic Biology, också en professor i molekylär biovetenskap och medförfattaren till studien.

För att visa deras koncept, forskarna började med grönt fluorescerande protein, ett standardprotein som används som en glödande tag i alla möjliga biologiska experiment. De skapade två lite olika versioner, med en metod som aldrig tidigare försökts:lägga till elektriska laddningar för att locka proteinet att bilda diskreta, symmetriska strukturer. En version hade positiva laddningar tillsatta på vissa ställen, och det blandades i en lösning med en andra version som hade negativa laddningar på vissa ställen. Teamet hittade varje version självmonterad till otaliga små strukturer, eller makromolekylära komplex, var och en med samma antal och arrangemang av proteiner.

Eftersom denna metod gör att strukturer kan byggas från naturligt förekommande proteiner, forskarna säger att det erbjuder vetenskapen ett nytt verktyg som är skalbart, prisvärd och hållbar.

"Det är som hur människor använder 3D-skrivare för att göra saker av material som de inte skulle ha använt tidigare, " Taylor sa. "Denna nya metod ger oss ett annat alternativ för material. Dessa material är lättillgängliga, billigt och inte skadligt för miljön."