Новый способ размещения ресурсов в нанофабриках для биотехнологий

Лаборатория Шерил Керфельд в Университете штата Мичиган создала синтетическую нанофабрику на основе природных, обнаруженных в бактериях. Это исследование может в будущем привести к новым медицинским, промышленным или биоэнергетическим применениям.

Исследование опубликовано в Metabolic Engineering.

Природные нанофабрики встречаются у бактерий по всей планете. Одни производят питательные вещества. Другие изолируют токсичные вещества, которые иначе могли бы навредить бактерии или даже убить её.

Все такие фабрики имеют общую черту — оболочку из белковых «плиток». Учёные хотят создавать новые фабрики на основе природных для использования в биотехнологиях.

Один из способов направить полезные ферменты внутрь этих фабрик — физически присоединить их к концам белков, из которых состоит оболочка. Но есть проблема.

Концы большинства белковых «плиток» оболочки обращены наружу фабрики. Поэтому любые молекулы, присоединённые к ним, окажутся на внешней поверхности, а не внутри. Это проблема, если цель — удержать один или несколько ферментов внутри фабрики, отдельно от остальной клетки.

«Чтобы направлять белки внутрь фабрики, нам понадобился новый тип строительного блока, который всё ещё собирался бы в оболочку, — сказал Брайан Ферлез, постдок из лаборатории Керфельд. — Мы стремились перепроектировать белок оболочки так, чтобы его концы были обращены внутрь. В итоге груз, присоединённый к этому белку, также окажется внутри оболочки».

В новом исследовании учёные взяли самый распространённый белок оболочки, BMC-H, и «вывернули его наизнанку» с помощью техники циклической перестановки.

Они перетасовали сегменты аминокислотной последовательности и «склеили» исходные концы. Затем они создали новые концы на внутренней стороне белка. Результат — новый, синтетический белок оболочки, который выглядит почти идентично своему природному аналогу, но теперь оба новых конца обращены внутрь оболочки.

Новая структура является пригодным строительным блоком для создания оболочек фабрик. Учёные успешно произвели оболочки фабрик с использованием нового белка. Они схожи по размеру и внешнему виду с оригинальными.

Новая структура может включать молекулы внутрь оболочки. Команда проверила концепцию, присоединив флуоресцентный белок-«груз» к новому белку BMC-H. Микроскопия и биохимические тесты показали, что груз находится внутри оболочки.

Учёные могут контролировать количество груза, импортируемого в новую структуру.

«Регулируя количество производимого нового белка BMC-H с присоединённым флуоресцентным белком, мы также смогли контролировать количество груза, включаемого в оболочку», — отметил Ферлез.

Далее Ферлез планирует направить «полезные» молекулы в синтетическую фабрику, сделанную с новым белком оболочки.

«Мы можем начать строить метаболические пути, или сборочные линии, и определять количество и расположение ферментов внутри этих нанофабрик. В будущем мы могли бы использовать эту систему для улучшения производства каучука, биотоплива и других продуктов», — пояснил Ферлез.