Wetenschappers hebben er lang van gedroomd om synthetische structuren te maken van dezelfde grondstof die de natuur gebruikt in levende systemen - eiwitten - in de overtuiging dat een dergelijke vooruitgang de ontwikkeling van transformerende nanomachines mogelijk zou maken, bijvoorbeeld, moleculaire kooien die chemotherapiemedicijnen nauwkeurig afleveren aan tumoren of fotosynthetische systemen om energie uit licht te oogsten. Nu heeft een team van biologen van de Universiteit van Texas in Austin en de Universiteit van Michigan een manier bedacht om synthetische structuren te bouwen van eiwitten, en net als in de natuur, de methode is eenvoudig en kan voor verschillende doeleinden worden gebruikt.

"We denken dat we deze constructies, net als Lego's, kunnen gebruiken om grotere dingen te bouwen. " zei David Taylor, assistent-professor moleculaire biowetenschappen aan de UT Austin en co-corresponderende auteur van een nieuw artikel dat vandaag in het tijdschrift is gepubliceerd Natuurchemie . "We kennen ook enkele regels om het basisrecept aan te passen om verschillende soorten bouwstenen te maken."

Als proof-of-concept, het team bouwde kleine structuren die lijken op twee op elkaar gestapelde donuts door elektrische ladingen toe te passen op specifieke plekken op natuurlijk voorkomende eiwitten. Eerdere onderzoekers zijn erin geslaagd om synthetische structuren van eiwitten te maken, maar pas nadat ze nauwgezet iets op eiwitten hebben bevestigd of helemaal opnieuw nieuwe eiwitten hebben gemaakt, eerdere methoden ingewikkeld maken, tijdrovend en beperkend. Daarentegen, de nieuwe methode, genaamd "SUpercharged Protein Assembly (SuPrA), " bootst de manier na waarop eiwitten in levende organismen werken terwijl ze de moleculaire machines maken die de verschillende functies van het leven uitvoeren:de structuren in de nieuwe methode zijn zelfassemblerend en flexibel.

"Onze aanpak vereist een eiwit dat normaal niet samengaat, en geeft het veel potentiële sites waar het zou kunnen, waardoor het kan 'kiezen' wat het beste bij de rest van zijn geometrie en chemie past, " zei Anna Simon, een postdoctoraal onderzoeker in de afdeling Moleculaire Biowetenschappen van de UT Austin en co-eerste auteur van het artikel. "Dit is belangrijk omdat het ons een manier geeft om eiwitten semi-direct te organiseren in grotere structuren zonder van tevoren precies te hoeven begrijpen hoe ze in elkaar passen."

Het oorspronkelijke concept voor deze nieuwe methode is ontwikkeld door Andy Ellington, associate director van UT Austin's Center for Systems and Synthetic Biology, ook een professor in de moleculaire biowetenschappen en de co-corresponderende auteur van het onderzoek.

Om hun concept te demonstreren, de onderzoekers begonnen met groen fluorescerend eiwit, een standaard eiwit dat in allerlei biologische experimenten als glowing tag wordt gebruikt. Ze creëerden twee enigszins verschillende versies, met behulp van een nooit eerder geprobeerde methode:het toevoegen van elektrische ladingen om het eiwit te verleiden om discrete, symmetrische constructies. Eén versie had op bepaalde plaatsen positieve ladingen, en het werd gemengd in een oplossing met een tweede versie die op bepaalde plaatsen negatieve ladingen had. Het team vond elke versie zelf geassembleerd in talloze kleine structuren, of macromoleculaire complexen, elk met hetzelfde aantal en dezelfde rangschikking van eiwitten.

Omdat met deze methode structuren kunnen worden opgebouwd uit natuurlijk voorkomende eiwitten, de onderzoekers zeggen dat het de wetenschap een nieuwe tool biedt die schaalbaar is, betaalbaar en duurzaam.

"Het is net als hoe mensen 3D-printers gebruiken om dingen te maken van materialen die ze in het verleden niet zouden hebben gebruikt, " zei Taylor. "Deze nieuwe methode geeft ons een andere optie voor materialen. Deze materialen zijn gemakkelijk verkrijgbaar, goedkoop en niet schadelijk voor het milieu."