Fysiker vid universitetet i Wien utvecklade tillsammans med forskare från universitetet för naturresurser och biovetenskaper i Wien nanomaskiner som återskapar proteiners huvudsakliga aktiviteter. De presenterar det första mångsidiga och modulära exemplet på ett helt artificiellt proteinmimetiskt modellsystem, tack vare Vienna Scientific Cluster (VSC), en högpresterande datorinfrastruktur. Dessa "bioniska proteiner" skulle kunna spela en viktig roll i innovativ läkemedelsforskning. Resultaten har nu publicerats i den välrenommerade tidskriften Fysiska granskningsbrev .

Proteiner är de grundläggande byggstenarna i alla levande organismer vi för närvarande känner till. På grund av det stora antalet och komplexiteten hos biomolekylära processer de är kapabla till, proteiner kallas ofta för "molekylära maskiner". Ta till exempel proteinerna i dina muskler:Vid varje sammandragning som stimuleras av hjärnan, ett oräkneligt antal proteiner ändrar sina strukturer för att skapa sammandragningens kollektiva rörelse. Denna extraordinära process utförs av molekyler som endast har en storlek på ungefär en nanometer, en miljarddels meter. Muskelsammandragning är bara en av proteinernas många aktiviteter:Det finns proteiner som transporterar last i cellerna, proteiner som konstruerar andra proteiner, det finns till och med burar där proteiner som "uppför sig fel" kan fångas in för korrigering, och listan fortsätter och fortsätter. "Att imitera dessa häpnadsväckande biomekaniska egenskaper hos proteiner och överföra dem till ett helt artificiellt system är vårt långsiktiga mål", säger Ivan Coluzza från fakulteten för fysik vid universitetet i Wien, som arbetar med detta projekt tillsammans med kollegor vid University of Natural Resources and Life Sciences Wien.

Simuleringar tack vare Vienna Scientific Cluster (VSC)

I en färsk tidning i Fysiska granskningsbrev , teamet presenterade det första exemplet på ett helt artificiellt biomimetiskt modellsystem som kan spontant självknyta till en målstruktur. Med hjälp av datorsimuleringar, de omvänder konstruerade proteiner genom att fokusera på nyckelelementen som ger dem förmågan att köra programmet skrivet i den genetiska koden. De beräkningsmässigt mycket intensiva simuleringarna har möjliggjorts genom tillgång till det kraftfulla Vienna Scientific Cluster (VSC), en högpresterande datorinfrastruktur som drivs gemensamt av universitetet i Wien, Wiens tekniska universitet och universitetet för naturresurser och biovetenskaper i Wien.

Konstgjorda proteiner i laboratoriet

Teamet arbetar nu med att realisera sådana artificiella proteiner i laboratoriet med hjälp av speciellt funktionaliserade nanopartiklar. Partiklarna kommer sedan att kopplas till kedjor enligt sekvensen som bestäms av datorsimuleringarna, så att de artificiella proteinerna viker sig till önskade former. Sådana knutna nanostrukturer skulle kunna användas som nya stabila läkemedelsleveranser och som enzymliknande, men mer stabil, katalysatorer.