Bacteriën op onze planeet bevatten fabrieken ter grootte van nanometers die veel verschillende dingen doen. Sommige maken voedingsstoffen, anderen isoleren giftige materialen die de bacteriën kunnen schaden. We hebben nauwelijks de oppervlakte van hun functionele diversiteit bekrast.

Maar ze hebben allemaal een gemeenschappelijk uiterlijk, een schaal gemaakt van eiwittegels, dat onderzoekers van de Michigan State University leren manipuleren in het laboratorium. Hierdoor kunnen ze fabrieken bouwen naar hun eigen ontwerp, met behulp van de natuurlijke bouwstenen. Inderdaad, wetenschappers zien de structuren als een bron van nieuwe technologieën. Ze proberen ze opnieuw te gebruiken om dingen te doen die ze in de natuur niet doen.

In een nieuwe studie, het lab van Cheryl Kerfeld meldt een nieuwe genetisch gemanipuleerde schaal, gebaseerd op natuurlijke structuren en de principes van eiwitevolutie. De nieuwe schaal is eenvoudiger, gemaakt van slechts één ontworpen eiwit. Het zal gemakkelijker zijn om mee te werken en, misschien, zelfs evolueren in het lab. De studie is gepubliceerd in ACS synthetische biologie .

Natuurlijke schelpen zijn gemaakt van maximaal drie soorten eiwitten. De meest voorkomende is BMC-H. Zes BMC-H-eiwitten komen samen om een ​​zeshoekige vorm te vormen om de muur te betegelen.

Ergens in de evolutionaire geschiedenis, sommige paren BMC-H-eiwitten werden samengevoegd, achter elkaar. Drie van deze fusies, genaamd BMC-T, voeg samen om ook een zeshoekige vorm te vormen.

"De twee helften van een BMC-T-eiwit kunnen afzonderlijk evolueren terwijl ze naast elkaar blijven, omdat ze samengesmolten zijn, " zei Bryan Ferlez, een postdoc in het Kerfeld-lab. "Deze evolutie zorgt voor diversiteit in de structuren en functies van BMC-T-schaaleiwitten, iets dat we willen recreëren door ontwerp in het lab."

Gebaseerd op deze natuurlijke evolutie van schelpeiwitten, het team creëerde een kunstmatig BMC-T-eiwit, genaamd BMC-H2, door twee BMC-H-eiwitsequenties samen te smelten. Het nieuwe ontwerp was succesvol.

"Tot onze verbazing BMC-H2-eiwitten vormen zelf omhulsels, " zei Sean McGuire, een voormalig niet-gegradueerde onderzoeksstudent en technicus in het Kerfeld-lab. "Ze zien eruit als wiffelballen, met gaten in de schaal, "

Dit komt omdat natuurlijke schelpen icoshedral zijn, wat betekent dat ze zijn gemaakt van hexameren en pentameren - denk aan een voetbal.

Volgende, het team dekte de gaten in de wiffle ball shell af met BMC-P, het derde type schelpeiwit dat pentameren vormt.

"Het resultaat is een schelp, ongeveer 25 nanometer breed, bestaat uit slechts twee eiwittypen:de nieuwe BMC-H2 en BMC-P, " zegt Bryan. "Het is ongeveer half zo groot als de structuur die is gebouwd met alle drie de eiwittypes."

Het volgende doel is om het te voorzien van aangepaste enzymen en het te verfijnen om de chemische reacties binnenin te verbeteren. De nieuwe 'designer'-schaal kan worden gebruikt bij de productie van biobrandstoffen, geneeskunde en industriële toepassingen.