In de natuurlijke wereld, eiwitten gebruiken het proces van biomineralisatie om metallische elementen in weefsels op te nemen, gebruiken om diverse materialen te maken, zoals schelpen, tanden, en botten. Echter, de manier waarop eiwitten dit eigenlijk doen, is niet goed begrepen.

Nutsvoorzieningen, in onderzoek gepubliceerd in Internationale editie van Angewandte Chemie , wetenschappers van de groep van Kam Zhang van het RIKEN Center for Life Science Technologies (CLST) en de groep van Jeremy Tame van de Yokohama City University in Japan hebben een kunstmatig ontworpen eiwit gebruikt om een ​​cadmiumchloride-nanokristal te maken - het kleinste kristal dat tot nu toe is gerapporteerd, bestaat uit slechts 19 atomen - ingeklemd tussen twee kopieën van het eiwit.

In 2014, kondigden de groepen de ontwikkeling aan van een kunstmatig eiwit, genaamd Pizza6, die veel lijkt op een pizza die in zes identieke plakjes is gesneden. Het doel van de groep was om nieuwe eiwitten te ontwerpen - die niet in de natuur voorkomen - die voor verschillende doeleinden kunnen worden gebruikt. Eiwitten zoals pizza, met zijn hoge mate van symmetrie, bestaan ​​niet van nature, maar omdat ze kunstmatig kunnen worden gecreëerd, zijn aantrekkelijke steigers voor de creatie van nieuwe hybride biomaterialen die geschikt zijn voor verschillende doeleinden, zoals het verpakken van geneesmiddelen en levering aan cellen, of zelfs bioremediatie van gevaarlijke metalen in het milieu.

In het huidige onderzoek is het Pizza-eiwit werd gemodificeerd door een metaalbindingsplaats te introduceren. Volgens eerste auteur Arnout Voet, die het werk van het ontwerpen en bouwen van de eiwitten uitvoerden, "Onze eerste impuls was om metaalbindingsplaatsen te ontwerpen om de zelfassemblage van onze ontworpen symmetrische eiwitten te controleren. We gebruikten computermethoden om een ​​rationele manier te vinden om een ​​metaalbindingsplaats op te nemen in het Pizza-eiwit dat we eerder hadden ontworpen, gebaseerd op het idee dat dit ons in staat zou kunnen stellen om de eiwitassemblage gemakkelijk te controleren. We geloven dat dit ons een nieuw hulpmiddel zou geven om nieuwe eiwitten van de grond af te bouwen met behulp van zeer goedkope metaalreagentia."

Inderdaad, wanneer de eiwitten werden gemodificeerd om een ​​metaalbindingsplaats te hebben en vervolgens in een oplossing van cadmiumchloride werden geplaatst, de onderzoekers ontdekten dat trimeren van het eiwit spontaan aan elkaar zouden binden. Met behulp van RIKEN's SPring-8 synchrotron-faciliteit in Harima en andere faciliteiten, ze analyseerden de structuur op atomair niveau en ontdekten, interessant, dat de atomen van cadmium en chloride een klein rooster hadden gevormd - een kristalstructuur - ingeklemd tussen twee 'pizza's'.

Volgens de corresponderende auteur Kam Zhang, die het RIKEN-team leidde, "We waren erg opgewonden om de vorming van het kristal te zien, omdat het inzicht geeft in het proces van biomineralisatie - het proces waarbij de natuur metalen elementen in weefsels opneemt om structuren te vormen zoals zeeschelpen, tanden, en botten. Onze resultaten geven de haalbaarheid aan van het gebruik van rationeel ontworpen symmetrische eiwitten om nanokristallen te biomineraliseren. Als we dit bereiken, kunnen we een breed scala aan nano-apparaten maken, zoals biofarmaceutica, biosensoren, lichtgestuurde schakelaars, en synthetische enzymen van onderaf."

"We hebben veel ideeën over hoe dit verder kan worden gebruikt, " hij gaat door, "en zal blijven experimenteren om nieuwe eigenschappen te vinden in deze kunstmatig ontworpen eiwitten."