Прорыв: созданы зеркальные нанопоры для биомедицины
Впервые исследователи успешно создали и охарактеризовали полностью функциональную зеркальную нанопору — молекулярный шлюз, построенный исключительно из D-аминокислот, зеркальных форм природных строительных блоков белков. Работа под руководством профессора Кожинджампара Р. Махендрана из Центра биотехнологий Раджива Ганди (Индия) в сотрудничестве с Constructor University демонстрирует не только крупную веху в нанонауке, но и открывает перспективные биомедицинские применения, включая потенциальную терапию рака.
Белки в природе почти исключительно построены из L-аминокислот, в то время как их D-аминокислотные аналоги обычно играют второстепенные роли. Создание целых белков из D-аминокислот чрезвычайно сложно, но даёт поразительные преимущества: такие зеркальные структуры часто более устойчивы к деградации и могут иначе взаимодействовать с биологическими системами.
В этом исследовании команда разработала синтетический стабильный и хорошо определённый D-пептидный пор под названием DpPorA. Примечательно, что, модифицируя распределение заряда, им удалось создать улучшенные версии этих пор с повышенной проводимостью и селективностью в разных солевых условиях.
Эксперименты показали, что эти поры могут детектировать широкий спектр биомолекул на уровне одной молекулы, включая пептиды, циклические сахара, определённые белки, в том числе один, ключевой для исследований болезни Паркинсона. Флуоресцентная визуализация подтвердила, что поры формируют крупные гибкие каналы в мембранах, обеспечивая транспорт молекул в зависимости от размера.
«Наши симуляции предоставили картину на молекулярном уровне, необходимую для доказательства, что эти зеркальные поры являются точными аналогами своих природных собратьев», — говорит профессор Ульрих Кляйнекэтхёфер, соавтор исследования, опубликованного в Nature Communications. — «Это понимание было необходимо для объяснения экспериментов и будет направлять разработку улучшенных вариантов пор в будущем».
Симуляции, выполненные учёными Constructor University, были ключевыми для проверки архитектуры зеркальной поры. Сравнивая D-пору с её природным L-аналогом, исследования методом молекулярной динамики подтвердили, что они являются идеальными структурными отражениями, а также объяснили тонкие различия в проводимости и селективности, наблюдаемые в экспериментах.
«Вычислительная работа дала нам уверенность, что мы действительно наблюдаем истинную зеркальную пору», — объясняет доктор Калянашис Джана, равноправный первый автор статьи.
Помимо фундаментальной науки, результаты предполагают захватывающий биомедицинский потенциал. В клеточных исследованиях меченные флуоресцентным красителем зеркальные поры показали сильный мембрано-разрушающий эффект в раковых клетках, но не оказали влияния на нормальные клетки, намекая на селективную цитотоксичность, которую в будущем можно будет использовать для терапии рака.