Natuurkundigen van de Universiteit van Wenen ontwikkelden samen met onderzoekers van de Universiteit van Natuurlijke Hulpbronnen en Levenswetenschappen Wenen nanomachines die de belangrijkste activiteiten van eiwitten nabootsen. Ze presenteren het eerste veelzijdige en modulaire voorbeeld van een volledig kunstmatig eiwit-nabootsend modelsysteem, dankzij de Weense Wetenschappelijke Cluster (VSC), een krachtige computerinfrastructuur. Deze "bionische eiwitten" zouden een belangrijke rol kunnen spelen bij het vernieuwen van farmaceutisch onderzoek. De resultaten zijn nu gepubliceerd in het gerenommeerde tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven .

Eiwitten zijn de fundamentele bouwstenen van alle levende organismen die we momenteel kennen. Vanwege het grote aantal en de complexiteit van biomoleculaire processen waartoe ze in staat zijn, eiwitten worden vaak "moleculaire machines" genoemd. Neem bijvoorbeeld de eiwitten in je spieren:bij elke samentrekking die door de hersenen wordt gestimuleerd, een ontelbaar aantal eiwitten verandert hun structuur om de collectieve beweging van de samentrekking te creëren. Dit buitengewone proces wordt uitgevoerd door moleculen met een grootte van slechts ongeveer een nanometer, een miljardste van een meter. Spiercontractie is slechts een van de vele activiteiten van eiwitten:er zijn eiwitten die lading in de cellen vervoeren, eiwitten die andere eiwitten vormen, er zijn zelfs kooien waarin eiwitten die zich 'misdragen' kunnen worden opgesloten voor correctie, en de lijst gaat maar door. "Het nabootsen van deze verbazingwekkende biomechanische eigenschappen van eiwitten en het overbrengen ervan naar een volledig kunstmatig systeem is ons doel op lange termijn", zegt Ivan Coluzza van de Faculteit der Natuurkunde van de Universiteit van Wenen, die samen met collega's van de University of Natural Resources and Life Sciences Wenen aan dit project werkt.

Simulaties dankzij Vienna Scientific Cluster (VSC)

In een recent artikel in Fysieke beoordelingsbrieven , het team presenteerde het eerste voorbeeld van een volledig kunstmatig bio-mimetisch modelsysteem dat in staat is om spontaan in een doelstructuur te knopen. Met behulp van computersimulaties, ze reverse-engineeren eiwitten door zich te concentreren op de belangrijkste elementen die hen in staat stellen het programma uit te voeren dat in de genetische code is geschreven. De computationeel zeer intensieve simulaties zijn mogelijk gemaakt door toegang tot de krachtige Vienna Scientific Cluster (VSC), een krachtige computerinfrastructuur die gezamenlijk wordt beheerd door de Universiteit van Wenen, de Technische Universiteit van Wenen en de Universiteit van Natuurlijke Hulpbronnen en Life Sciences Wenen.

Kunstmatige eiwitten in het laboratorium

Het team werkt nu aan het realiseren van dergelijke kunstmatige eiwitten in het laboratorium met behulp van speciaal gefunctionaliseerde nanodeeltjes. De deeltjes worden vervolgens in ketens verbonden volgens de volgorde die is bepaald door de computersimulaties, zodat de kunstmatige eiwitten in de gewenste vormen vouwen. Dergelijke geknoopte nanostructuren zouden kunnen worden gebruikt als nieuwe stabiele vehikels voor medicijnafgifte en als enzymachtige, maar stabieler katalysatoren.