Eiwitten zijn nu in het laboratorium ontworpen om aan elkaar te ritsen op vrijwel dezelfde manier als DNA-moleculen omhoog ritsen om een ​​dubbele helix te vormen. De techniek, wiens ontwikkeling werd geleid door wetenschappers van de University of Washington School of Medicine, zou het ontwerp van eiwitnanomachines mogelijk kunnen maken die mogelijk kunnen helpen bij het diagnosticeren en behandelen van ziekten, zorgen voor de meer exacte engineering van cellen en het uitvoeren van een breed scala aan andere taken.

"Om elke machine te laten werken, zijn delen moeten precies samenkomen, " zei Zibo Chen, de hoofdauteur van het artikel en een UW-afgestudeerde student biochemie. "Deze techniek maakt het je mogelijk om eiwitten zo te ontwerpen dat ze precies samenkomen zoals jij dat wilt."

Het onderzoek werd uitgevoerd aan het Institute of Protein Design van UW Medicine, geregisseerd door David Baker, hoogleraar biochemie aan de University of Washington School of Medicine en een onderzoeker van het Howard Hughes Medical Institute. De onderzoekers rapporteren hun bevindingen in het 19 december nummer van het tijdschrift Natuur .

Vroeger, onderzoekers die geïnteresseerd zijn in het ontwerpen van biomoleculaire nanomachines, hebben vaak DNA als een belangrijk onderdeel gebruikt. Dit komt omdat DNA-strengen samenkomen en waterstofbruggen vormen om de dubbele helix van DNA te creëren, maar alleen als hun sequenties complementair zijn.

Het team ontwikkelde nieuwe algoritmen voor het ontwerpen van eiwitten die complementaire eiwitten produceren die precies bij elkaar passen met behulp van dezelfde chemische taal van DNA.

"Dit is een eerste in zijn soort doorbraak, " zei Chen. "Wat we doen is deze waterstofbindingsnetwerken computationeel ontwerpen, zodat elk eiwitpaar een unieke complementaire sequentie heeft. Ze kunnen maar op één manier samenkomen en ze kruisreageren niet met eiwitten van andere paren."

"Het ontwikkelen van cellen om nieuwe taken uit te voeren is de toekomst van geneeskunde en biotechnologie, of dat nu het manipuleren van bacteriën is om energie te maken of giftig afval op te ruimen of het creëren van immuuncellen die kanker aanvallen, " zei Scott Boyken, een andere auteur van de paper en postdoctoraal onderzoeker aan het Institute for Protein Design. "Deze techniek biedt wetenschappers een nauwkeurige, programmeerbare manier om te bepalen hoe eiwitmachines op elkaar inwerken, een belangrijke stap in de richting van het bereiken van deze nieuwe taken. We hebben een belangrijke deur geopend naar het ontwerp van nanomaterialen voor eiwitten."

In hun studie hebben onderzoekers gebruikten een computerprogramma ontwikkeld in het Baker-lab genaamd Rosetta. Het programma maakt gebruik van het feit dat de vorm die een aminozuurketen zal aannemen wordt aangedreven door de aantrekkings- en afstotingskrachten tussen de aminozuren van de keten en de vloeistof waarin de keten is ondergedompeld. Door de vorm te berekenen die deze krachten het beste uitbalanceert, zodat de ketting zijn laagste totale energieniveau bereikt, het programma kan voorspellen welke vorm een ​​bepaalde aminozuurketen waarschijnlijk zal aannemen.