Forskare kan förvandla proteiner till oändliga mönster som ser ut som blommor, träd eller snöflingor, en teknik som kan hjälpa till att konstruera ett filter för smutsigt vatten och mänskliga vävnader.

Deras studie, ledd av forskare vid Rutgers University–New Brunswick, visas i journalen Naturkemi . Studien omfattade också forskare vid Baylor College of Medicine och University of Minnesota.

"Biomolekylära ingenjörer har arbetat med att modifiera livets byggstenar - proteiner, DNA och lipider - för att efterlikna naturen och bilda intressanta och användbara former och strukturer, "sade seniorförfattaren Sagar D. Khare, docent vid Institutionen för kemi och kemisk biologi vid School of Arts and Sciences i Rutgers – New Brunswick. "Vårt team utvecklade ett ramverk för att konstruera befintliga proteiner till fraktala former."

I naturen, byggstenar som proteinmolekyler sätts samman till större strukturer för specifika ändamål. Ett klassiskt exempel är kollagen, som bildar bindväv i våra kroppar och är stark och flexibel på grund av hur den är organiserad. Små proteinmolekyler samlas för att bilda strukturer som skalas upp och kan vara lika långa som senor. Samlingar av naturliga proteiner är också dynamiska, bildas och löses som svar på stimuli.

Forskargruppen utvecklade en teknik för att sätta ihop proteiner till fraktal, eller geometrisk, former som upprepas om och om igen. Exempel inkluderar träd, löv och ananas. Teamet använde mjukvara för proteinteknik för att designa proteiner som binder till varandra, så de bildar en fraktal, trädliknande form som svar på en biologisk stimulans, som i en cell, vävnad eller organism. De kan också manipulera formernas dimensioner, så de liknar blommor, träd eller snöflingor, som visualiseras med hjälp av speciella mikroskopitekniker.

Dessa tekniker kan leda till ny teknik som ett filter för biomediering, som använder biologiska molekyler för att ta bort herbicider från smutsigt vatten, eller syntetiska matriser för att studera mänsklig sjukdom eller hjälpa vävnadsteknik att återställa, förbättra eller bevara skadade vävnader eller organ.

Nästa steg är att vidareutveckla tekniken och utöka utbudet av proteiner som bildar fraktalformer samt använder olika stimuli, som kemikalier och ljus. Forskarna vill också studera hur fraktala former bildas mer detaljerat, så att de kunde få större kontroll över processen och formerna och storlekarna på designerbiomaterial.