Om nieuwe biomoleculaire machines te assembleren, individuele eiwitmoleculen moeten met nanometerprecisie op de plaats van gebruik worden geïnstalleerd. Onderzoekers van de Ludwig Maximilian University hebben nu een manier gevonden om precies dat te doen. Groen licht op eiwitassemblage.

De fijngeslepen punt van de atomic force microscope (AFM) maakt het mogelijk om enkele biomoleculen op te pikken en ze ergens anders neer te zetten met nanometer-nauwkeurigheid. De techniek wordt Single-Molecule Cut &Paste (SMC&P) genoemd, en is ontwikkeld door de onderzoeksgroep onder leiding van LMU-natuurkundige professor Hermann Gaub. In zijn oorspronkelijke vorm, het was alleen van toepassing op DNA-moleculen. Echter, de moleculaire machines die verantwoordelijk zijn voor veel van de biochemische processen in cellen, bestaan ​​uit eiwitten, en de gecontroleerde assemblage van dergelijke apparaten is een van de belangrijkste doelen van nanotechnologie. Een praktische methode om dit te doen zou niet alleen nieuwe inzichten opleveren in de werking van levende cellen, maar zou ook een manier bieden om zich te ontwikkelen, ontwerp nanomachines bouwen en gebruiken.

Een belangrijke stap in de richting van dit doel, het LMU-team heeft de methode aangepast zodat ze met nanometerprecisie eiwitten van een opslagplaats kunnen nemen en ze op gedefinieerde locaties binnen een constructiegebied kunnen plaatsen. "In vloeibaar medium bij kamertemperatuur, de "weersomstandigheden" op nanoschaal zijn vergelijkbaar met die in een orkaan, " zegt Mathias Strackharn, eerste auteur van de nieuwe studie. Vandaar, de moleculen die worden gemanipuleerd, moeten stevig aan de punt van de AFM worden bevestigd en stevig op hun plaats worden gehouden in het constructiegebied.

Verkeerslichten bewijzen de efficiëntie

De krachten die de eiwitten aan elkaar binden tijdens transport en montage moeten ook zwak genoeg zijn om geen schade te veroorzaken, en moet streng worden gecontroleerd. Om deze twee doelen te bereiken, gebruikten de onderzoekers een combinatie van antistoffen, DNA-bindende "zinkvinger"-eiwitten, en DNA-ankers. "We hebben de haalbaarheid van de methode aangetoond door honderden fluorescerende GFP-moleculen samen te brengen om een ​​klein groen mannetje te vormen, zoals de stoplichtfiguur die voetgangers signaleert om de weg over te steken, maar slechts enkele micrometers hoog, " legt Strackharn uit.

Met deze techniek, functionele aspecten van complexe eiwitmachines - zoals hoe combinaties van verschillende enzymen op elkaar inwerken, en hoe dicht ze bij elkaar moeten zijn om gekoppelde reacties uit te voeren - kan direct worden getest. Een ander doel is om kunstmatige multimoleculaire assemblages te ontwikkelen die zijn gemodelleerd naar natuurlijke "cellulosomen", die kunnen worden gebruikt om plantaardige biomassa om te zetten in biobrandstoffen. Strackharn wijst op de implicaties:"Als we deze 'enzymatische assemblagelijnen' efficiënt kunnen nabootsen door individuele eiwitten samen te brengen, kunnen we misschien een belangrijke bijdrage leveren aan de exploitatie van duurzame energiebronnen."