Reflectines, de unieke structurele eiwitten die inktvissen en octopussen het vermogen geven om van kleur te veranderen en op te gaan in hun omgeving, worden geacht een groot potentieel te hebben voor innovaties op uiteenlopende gebieden als elektronica, optica en geneeskunde. Wetenschappers en uitvinders zijn gedwarsboomd in hun pogingen om de krachten van deze biomoleculen volledig te benutten vanwege hun atypische chemische samenstelling en hoge gevoeligheid voor subtiele veranderingen in de omgeving.

In een recent gepubliceerd onderzoek in de Proceedings van de National Academy of Sciences , Universiteit van Californië, Irvine-onderzoekers hebben de structuur van een reflectine-variant op moleculair niveau onthuld, en ze hebben een methode aangetoond voor het mechanisch controleren van de hiërarchische assemblage en optische eigenschappen van het eiwit. Deze bevindingen worden gezien als belangrijke stappen bij het benutten van veel van de potentieel bruikbare eigenschappen van de reflectine-familie.

"Mijn laboratorium bij de UCI heeft lange tijd gewerkt aan het nabootsen van de lichtverstrooiende en lichtreflecterende krachten van koppotigen met als doel nieuwe klassen van adaptieve thermoregulerende stoffen en andere alledaagse technologieën uit te vinden, " zei co-auteur Alon Gorodetsky, UCI universitair hoofddocent chemische en biomoleculaire engineering. “Met dit onderzoek we hebben ons gericht op het ontwikkelen van een gedetailleerd fundamenteel begrip van hoe reflectines op moleculair niveau functioneren."

Gorodetsky zei dat wetenschappers zich aangetrokken voelen tot reflecties omdat, vergelijkbaar met andere op eiwit gebaseerde materialen, ze bieden veel voordelige eigenschappen zoals regelbare zelfmontage, stimuli-responsiviteit, aanpasbare functionaliteit en compatibiliteit met andere biologische systemen. De biomaterialen van het model hebben ook hun nut bewezen voor het wijzigen van de brekingsindex van menselijke cellen en het ondersteunen van de groei van neurale stamcellen.

In hun laboratorium in de Henry Sameuli School of Engineering van de UCI, Gorodetsky en zijn medewerkers gebruikten bioinformatica-voorspellingen om een ​​reflectinevariant te selecteren, produceerde het eiwit in bacteriën en ontwikkelde oplossingsomstandigheden om het in een stabiele toestand te houden.

De onderzoekers gebruikten vervolgens verschillende hulpmiddelen voor de analyse van het eiwit en zijn oplossingen, inclusief moleculaire dynamica simulaties, kleine hoek röntgenverstrooiing, en kernmagnetische resonantiespectroscopie. Ze onderzochten ook de samengestelde multimere eiwitensembles met technieken zoals atoomkrachtmicroscopie en driedimensionale holotomografische microscopie. Dankzij deze methoden kon het team een ​​volledig scala aan kwaliteiten en eigenschappen voor de reflectine-variant beoordelen.

"Door onze synergetische computationele en experimentele benaderingen, we konden de driedimensionale structuur van de reflectine-variant ophelderen, waardoor een directe correlatie wordt vastgesteld tussen de structurele kenmerken van het eiwit en de intrinsieke optische eigenschappen, " zei Gorodetsky. "Dit onderzoek kan worden gezien als een waardevol conceptueel raamwerk voor het gebruik van deze klasse van eiwitten in bio-engineeringtoepassingen."

Gorodetsky zei dat het werk van zijn team nieuwe technieken mogelijk zal maken voor het verwerken van op reflectine gebaseerde materialen en wijst op nieuwe wegen voor op maat gemaakte films van het eiwit op nano- en micrometerschaal. wat gunstig zou zijn voor biofotonische en bio-elektronische toepassingen en voor het inspireren van het ontwerp van polymere materialen met geavanceerde lichtverstrooiingsmogelijkheden. Hij zei ook dat de benadering die in dit project wordt gebruikt, kan helpen om de mechanismen die ten grondslag liggen aan het vermogen van koppotigen om van kleur te veranderen, beter te begrijpen.