Компьютерно спроектированные белки позволяют создавать регулируемые гидрогели внутри и снаружи клеток

Исследователи из Вашингтонского университета создали новый класс гидрогелей, которые могут формироваться не только вне клеток, но и внутри них. Эти трёхмерные каркасы, имитирующие естественную среду для клеток, были собраны из белковых строительных блоков, спроектированных с нуля на компьютере для формирования заданной структуры.

Гидрогели продемонстрировали схожие механические свойства как внутри, так и снаружи клеток, что даёт учёным новый инструмент для группировки белков внутри клеток и изучения таких процессов, как агрегация белков при болезни Альцгеймера.

Ключевые аспекты исследования:

• Дизайн с нуля: Белковые строительные блоки не существуют в природе. Их аминокислотная последовательность была рассчитана компьютером для получения нужной трёхмерной формы.
• Контроль свойств: С помощью вычислительного дизайна учёные контролировали гибкость или жёсткость блоков, а также их организацию в гидрогель.
• Два типа сшивки: Блоки соединялись либо необратимо (для стабильных систем, пригодных для долгосрочного культивирования клеток), либо обратимо (для более текучих систем, лучше подходящих для управления белковыми взаимодействиями внутри живых клеток).
• Сохранение свойств: Механические свойства каждого типа гидрогеля (например, способность удерживать белки) сохранялись даже после формирования внутри клетки.

Как отметил соавтор Коул ДеФорест, эта технология позволяет настраивать гидрогели для функционирования в качестве синтетического аналога изучаемых внутриклеточных процессов, например, тех, что приводят к нейродегенеративным заболеваниям.

Исследование, опубликованное 30 января в Proceedings of the National Academy of Sciences, стало результатом междисциплинарного сотрудничества специалистов по белковому дизайну, химической и биологической инженерии.