Onderzoekers van een internationale samenwerking zijn erin geslaagd een "eiwitkooi" te creëren - een structuur op nanoschaal die kan worden gebruikt om medicijnen op specifieke plaatsen van het lichaam af te leveren, en die gemakkelijk kan worden gemonteerd en gedemonteerd, maar is ook bestand tegen koken en andere extreme omstandigheden. Ze deden dit door geometrieën te onderzoeken die niet in de natuur voorkomen en die doen denken aan 'paradoxale geometrieën' die in de islamitische kunst worden gevonden.

Rollenspelende gamers - in ieder geval degenen die vóór het digitale tijdperk speelden - zijn zich ervan bewust dat er beperkingen zijn aan de vorm van dobbelstenen; probeer een zeszijdige dobbelsteen te maken door de vierkante vlakken te vervangen door driehoeken, en je blijft zitten met iets vreselijk vervormd en zeker niet eerlijk. Dit komt omdat er strikte geometrische regels zijn voor de montage van deze zogenaamde isohedra. In de natuur, isohedrale structuren worden gevonden op nanoniveau. Meestal gemaakt van veel eiwitsubeenheden en met een holle binnenkant, deze eiwitkooien voeren veel belangrijke taken uit. De bekendste voorbeelden zijn virussen die eiwitkooien gebruiken als drager van viraal genetisch materiaal in gastheercellen.

Synthetische biologen, voor hun deel, zijn geïnteresseerd in het maken van kunstmatige eiwitkooien in de hoop ze nuttige en nieuwe eigenschappen te geven. Er zijn twee uitdagingen om dit doel te bereiken. Het eerste is het geometrieprobleem - sommige kandidaat-eiwitten kunnen een groot potentieel nut hebben, maar worden automatisch uitgesloten omdat ze de verkeerde vorm hebben om in kooien te monteren. Het tweede probleem is complexiteit:de meeste eiwit-eiwit-interacties worden gemedieerd via complexe netwerken van zwakke chemische bindingen die erg moeilijk vanaf het begin te ontwikkelen zijn.

Het nieuwe onderzoek begon bij de Heddle Initiative Research Unit bij RIKEN in Japan en verhuisde naar Malopolska Center of Biotechnology, Jagiellonische Universiteit in Polen. De onderzoekers vonden een manier om beide problemen op te lossen. "We waren in staat om de complexe interacties tussen eiwitten te vervangen door eenvoudige 'nietjes' op basis van de coördinatie van enkele goudatomen, " legt professor Jonathan Heddle uit, de senior auteur van het onderzoek. "Dit vereenvoudigt het ontwerpprobleem en stelt ons in staat om de kooien op aanvraag te voorzien van nieuwe eigenschappen, zoals montage en demontage."

De onderzoekers vonden ook een manier om het geometrische probleem te omzeilen:"De bouwstenen van onze eiwitkooi zijn 11-ledige ringen." zegt Ali Maleis, de eerste auteur van het artikel, die momenteel in het RIKEN Centre for Sustainable Resource Science zit. "Wiskundig gesproken, zulke vormen zouden verboden moeten worden om symmetrische veelvlakken te vormen." de onderzoekers ontdekten dat als gevolg van inherente flexibiliteit, eiwitcomplexen kunnen voorheen ongekende constructies bereiken op basis van bijna perfecte geometrische toevalligheden. "Eerder, eiwitten die werden genegeerd omdat ze de 'verkeerde' vorm hadden, kunnen nu worden beschouwd, "zegt Maleis.

De implicaties van het werk zijn verstrekkend. "Wat we, samen met onze medewerkers, heb gevonden, is gewoon de eerste stap, " zegt Hedel, die hoopt dat het werk verder kan worden uitgebreid om kooien te produceren met nieuwe structuren en nieuwe mogelijkheden en ook onderzocht voor mogelijke toepassingen, met name bij de toediening van medicijnen.

De studie is gepubliceerd in Natuur .