Een samenwerkend onderzoeksteam in Japan heeft nieuwe eiwitten ontworpen die zichzelf kunnen assembleren tot de complexe structuren die ten grondslag liggen aan biologische organismen, de basis leggen voor toonaangevende toepassingen in de biotechnologie. De onderzoekers creëerden en ontwikkelden de eiwitten met een specifieke functie, en hun methode onthult de mogelijkheid dat bepaalde eiwitfuncties op aanvraag kunnen worden gecreëerd.

De wetenschappers publiceerden hun resultaten op 24 april in Synthetische biologie , een peer-reviewed tijdschrift gepubliceerd door de American Chemical Society (ACS).

"Alle organismen bevatten zelfassemblerende biomoleculen, waaronder eiwitten, nucleïnezuren, suikers, en lipiden, " schreef Ryoichi Arai in de krant. Arai is het hoofd van de afdeling supramoleculaire complexen in het Research Center for Fungal and Microbial Dynamism aan de Shinshu University in Japan. "Het vermogen om dergelijke assemblages te ontwerpen en te controleren is een centraal doel van biomoleculaire engineering, nanobiotechnologie, en synthetische biologie."

Arai en zijn team ontwikkelden een eenvoudig en stabiel kunstmatig eiwit, genaamd WA20, in 2012. Tegen 2015 de onderzoekers gingen door naar eiwit-nanobouwstenen (PN-Blocks), die WA20 gebruiken om zichzelf te assembleren tot meerdere nanostructuren. De onderzoekers bouwden voort op dat succes om extender PN-Blocks te ontwikkelen, die WA20-eiwitten aan elkaar koppelen om kettingachtige eiwitcomplexen en zelfs meer nanostructuren te produceren.

"Het ontwerp en de constructie van zelfassemblerende PN-Blocks is een nuttige strategie - het zijn net LEGO-blokken, "Ara zei, verwijzend naar de plastic speelgoedblokken die in enorm verschillende structuren kunnen worden ingebouwd, ondanks hoe weinig ze individueel variëren.

De wetenschappers koppelden twee WA20-eiwitten achter elkaar (ePN-Block), het creëren van oligomere structuren. Een ander PN-Block (sPN-Block) kwam tussenbeide, waardoor de structuren anders zijn, gevarieerde ketenachtige complexen op aanvraag. De supramoleculaire nanostructuurcomplexen werden bereikt door een metaalion, die het proces op gang bracht door verdere zelfassemblage.

De onderzoekers zijn van plan een verscheidenheid aan stabiele en functionele complexe nanostructuren te creëren door de combinatie van PN-Blocks. Het potentieel van PN-Blocks is nog groter geworden nu er meer complexen kunnen evolueren met behulp van metaalionen.

"Deze resultaten tonen aan dat de PN-Block-strategie een nuttige en systematische strategie is voor het bouwen van nieuwe nano-architecturen, "Ara zei, opmerkend dat het vermogen om nieuwe complexen te construeren bijzonder belangrijk is in de biotechnologie en synthetische biologie.

De volgende stap is het verder ontwikkelen van nanostructuren om bij te dragen aan de ontwikkeling van nanobiomaterialen, die kunnen worden gebruikt als een medicijnafgiftesysteem of om bruikbare eiwitten te maken voor biofarmaceutisch onderzoek, zoals kunstmatige vaccins, op een milieuvriendelijke manier.