Forskare vid Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) har konstruerat proteinnanorör från små byggnadsställningar gjorda genom tvärbindning av konstruerade proteinkristaller. Framgången kan påskynda utvecklingen av artificiella enzymer, nanostora bärare och leveranssystem för en mängd biomedicinska och biotekniska tillämpningar.

Ett innovativt sätt för sammansättning av proteiner till välordnade nanorör har utvecklats av en grupp ledd av Takafumi Ueno vid Tokyo Techs institution för biomolekylär teknik.

Skräddarsydda proteinnanostrukturer är av intensivt forskningsintresse, eftersom de skulle kunna användas för att utveckla mycket specifika och kraftfulla katalysatorer, riktade läkemedels- och vaccintillförselsystem, och för design av många andra lovande biomaterial.

Forskare har ställts inför utmaningar när det gäller att konstruera proteinsammansättningar i vattenlösning på grund av de oorganiserade sätt på vilka proteiner interagerar fritt under varierande förhållanden som pH och temperatur.

Den nya metoden, redovisas i tidskriften Kemivetenskap , övervinner dessa problem genom att använda proteinkristaller, som fungerar som en lovande ställning för proteiner att självmontera till önskade strukturer. Metoden har fyra steg, som illustreras i Konstruktion av nanorör från proteinkristaller:

• framställning av ett konstruerat protein
• bildandet av proteinkristallställningen
• bildning av en tvärbunden kristall
• frisättning av proteinnanorören genom att lösa upp ställningen.

Kristallsystemet, består av det ordnade arrangemanget av monterade strukturer, gör det enkelt att kontrollera exakta kemiska interaktioner av intresse genom tvärbindning för att stabilisera sammansättningsstrukturen - en prestation som inte kan uppnås genom tvärbindning av proteiner i lösning.

Forskarna valde ett naturligt förekommande protein som heter RubisCO som byggsten för konstruktion av nanorör. På grund av sin höga stabilitet, RubisCO kunde behålla sin form, och dess kristallstruktur från tidigare forskning hade rekommenderat det för denna studie.

Genom att använda transmissionselektronmikroskopi (TEM) avbildning vid Tokyo Techs Suzukakedai Biomaterials Analysis Division, teamet bekräftade framgångsrikt bildandet av proteinnanorören.

Studien visade också att proteinnanorören kunde behålla sin enzymatiska förmåga.

"Vår tvärbindningsmetod kan underlätta bildandet av kristallställningen effektivt vid önskad position (specifika cysteinplatser) i varje rör i kristallen, " säger Ueno. "För närvarande, sedan mer än 100, 000 proteinkristallstrukturer har deponerats i proteindatabank, vår metod kan tillämpas på andra proteinkristaller för konstruktion av supramolekylära proteinsammansättningar, som burar, rör, lakan."

Nanoröret i denna studie kan användas för olika tillämpningar. Röret tillhandahåller miljön för ackumulering av de exogena molekylerna som kan användas som leveransplattformar inom läkemedelsrelaterade områden. Röret kan också vara potentiellt för katalys eftersom proteinbyggstenen har den enzymatiska aktiviteten i naturen.