Forskare från ett internationellt samarbete har lyckats skapa en "proteinbur" - en nanoskala som kan användas för att leverera läkemedel till specifika platser i kroppen, och som enkelt kan monteras och demonteras, men tål också kokning och andra extrema förhållanden. De gjorde detta genom att utforska geometrier som inte finns i naturen som påminner om "paradoxala geometrier" som finns i islamisk konst.

Rollspelare-åtminstone de som spelade före den digitala tidsåldern-är medvetna om att det finns begränsningar för tärningens form; försök att göra en sexsidig matris genom att ersätta de fyrkantiga ytorna med trianglar, och du kommer att stå kvar med något fruktansvärt förvrängt och absolut inte rättvist. Detta beror på att det finns strikta geometriska regler för montering av dessa så kallade isohedra. I naturen, isohedrala strukturer finns på nanonivå. Vanligtvis gjord av många proteinunderenheter och har en ihålig inredning, dessa proteinburar utför många viktiga uppgifter. De mest kända exemplen är virus som använder proteinburar som bärare av viralt genetiskt material till värdceller.

Syntetiska biologer, för deras del, är intresserade av att göra konstgjorda proteinburar i hopp om att ge dem användbara och nya egenskaper. Det finns två utmaningar för att uppnå detta mål. Det första är geometriproblemet - vissa kandidatproteiner kan ha stor potential, men utesluts automatiskt eftersom de har fel form att montera i burar. Det andra problemet är komplexitet-de flesta protein-protein-interaktioner medieras via komplexa nätverk av svaga kemiska bindningar som är mycket svåra att konstruera från grunden.

Den nya forskningen började på Heddle Initiative Research Unit på RIKEN i Japan och flyttade till Malopolska Center for Biotechnology, Jagiellonian University i Polen. Forskarna hittade ett sätt att lösa båda problemen. "Vi kunde ersätta de komplexa interaktionerna mellan proteiner med enkla" häftklamrar "baserat på samordningen av enstaka guldatomer, "förklarar professor Jonathan Heddle, forskningens författare. "Detta förenklar designproblemet och gör att vi kan fylla burarna med nya egenskaper som montering och demontering på begäran."

Forskarna hittade också ett sätt att komma runt det geometriska problemet:"Byggstenarna i vår proteinbur är 11-ledade ringar." säger Ali Malay, tidningens första författare, som för närvarande är i RIKEN Center for Sustainable Resource Science. "Matematiskt sett sådana former bör förbjudas att bilda symmetriska polyeder. "Men forskarna fann att på grund av inneboende flexibilitet, proteinkomplex kan uppnå tidigare aldrig tidigare skådade konstruktioner baserade på nästan perfekta geometriska tillfälligheter. "Tidigare, proteiner som ignorerades för att de hade "fel" form kan nu övervägas, säger malajiska.

Konsekvenserna av arbetet är långtgående. "Vad vi, tillsammans med våra medarbetare, har hittat, är helt enkelt det första steget, säger Heddle, som hoppas att arbetet kan utökas ytterligare för att producera burar med nya strukturer och nya möjligheter och även undersökas för potentiella tillämpningar, särskilt vid läkemedelsleverans.

Studien publiceras i Natur .