Nanodeeltjes en nanokooien zijn aantrekkelijke materialen die kunnen worden toegepast in kleurstoffen, katalysatoren, en medicijnafgifte. Voor gebruik in de echte wereld, het is noodzakelijk om een ​​groot aantal nanodeeltjes van uniforme grootte en vorm te produceren, maar tot nu toe, methoden voor de vorming van nanodeeltjes met behulp van metalen zijn op grote schaal onderzocht, en de vorming van nanodeeltjes met een bepaalde vorm en grootte zijn gerealiseerd. Echter, het is niet eenvoudig om op atomair niveau een groep uniforme nanodeeltjes te maken met dezelfde structuur.

Een gezamenlijke onderzoeksgroep onder leiding van universitair hoofddocent Ryoichi Arai (Instituut voor Biomedische Wetenschappen en Faculteit Textielwetenschappen en Technologie, Shinshu University) en universitair docent Norifumi Kawakami (Faculteit Wetenschap en Technologie, Keio University) een uniform en bruikbaar supramoleculaire eiwit-nanodeeltje ontwikkeld dat symmetrisch zelf-geassembleerd is uit fusie-eiwitten van een pentamerisch eiwitdomein en een dimeer eiwitdomein. Het is mogelijk om de functionaliteit te wijzigen door plaatsspecifieke mutagenese of chemische modificatie. Dit ontworpen eiwitnanodeeltje met een diameter van ongeveer 22 nm werd TIP60 (Truncated Icosahedral Protein samengesteld uit 60-meer fusie-eiwitten) genoemd omdat het wordt gevormd door zelf-assemblerende 60-mere kunstmatige fusie-eiwitten in de vorm van een voetbal.

In de huidige studie, de gezamenlijke onderzoeksgroep loste de gedetailleerde driedimensionale structuur van de TIP60 op met behulp van cryo-elektronenmicroscopie met één deeltje. Een grote hoeveelheid TIP60 werd tot expressie gebracht in E. coli, en een gezuiverd monster werd waargenomen in de cryo-elektronenmicroscoopfaciliteit die wordt beheerd door Prof. Masahide Kikkawa-lab aan de Universiteit van Tokio. Door enkelvoudige deeltjesanalyse uit te voeren op basis van verkregen beeldgegevens, een driedimensionale kaart werd gereconstrueerd met een resolutie van 3,3 . Er werd onthuld dat TIP60 holle bolvormige nanodeeltjes vormt zoals ontworpen en een icosahedrale 60-merische structuur heeft met 20 driehoekige poriën met een rand van ongeveer 4 nm elk. In aanvulling, de groep lichtte in detail de karakteristieke driedimensionale structuur toe, zoals de linker die het pentameervormingsdomein verbindt en het dimeervormingsdomein bestaande uit een a-helix.

Wanneer een verbinding met een klein molecuul wordt toegevoegd nadat alleen het buitenoppervlak van TIP60 chemisch is gewijzigd met een hoogmoleculaire verbinding, de kleine molecuulverbinding komt de interne holte binnen en verandert chemisch in het binnenoppervlak. Met andere woorden, er werd gevonden dat de poreuze structuur van TIP60 werkt als een filter op moleculaire grootte, en de buiten- en binnenoppervlakken van TIP60 kunnen chemisch worden gemodificeerd met verschillende moleculen van verschillende groottes.

In de toekomst, de groep zal kunstmatig ontworpen eiwitnanodeeltjes gebruiken door het ontwerp en de functionele modificatie van plaatsspecifieke varianten te bevorderen op basis van de driedimensionale structuur van TIP60 die in deze studie wordt toegelicht. Het zal naar verwachting leiden tot de ontwikkeling en toepassingen op het gebied van nanobiotechnologie en nanomaterialen, zoals gebruik als een nanocapsule voor een medicijnafgiftesysteem.

Het onderzoek is gepubliceerd in Chemische communicatie .