Новый синтетический нанозавод, вдохновленный природой

Бактерии содержат наноразмерные "фабрики" с разнообразными функциями: производство питательных веществ или изоляция токсинов. Все они имеют общую черту — внешнюю оболочку из белковых "плиток".

Исследователи из Университета штата Мичиган учатся манипулировать этой оболочкой в лаборатории, чтобы создавать собственные фабрики для новых технологий. Лаборатория Шерил Керфельд сообщила о создании новой генетически сконструированной оболочки на основе природных структур и принципов эволюции белков. Новая оболочка проще — она состоит всего из одного спроектированного белка, что облегчает работу с ней. Исследование опубликовано в ACS Synthetic Biology.

Принцип конструкции

Природные оболочки состоят из трёх типов белков. Самый распространённый — BMC-H. Шесть таких белков образуют шестиугольник (гексамер), формируя стенку. В ходе эволюции некоторые пары BMC-H слились в тандемные белки BMC-T. Три таких белка также образуют гексамер.

"Две половины белка BMC-T могут эволюционировать отдельно, оставаясь рядом, поскольку они срослись. Это создаёт разнообразие в структурах и функциях", — пояснил постдок Брайан Ферлеж.

Создание искусственного белка

Команда создала искусственный белок BMC-H2, сшив вместе две последовательности BMC-H. К удивлению исследователей, белки BMC-H2 самостоятельно формировали оболочки.

"Они выглядят как мячи для гольфа (wiffle balls) с отверстиями в оболочке", — сказал Шон МакГвайр, бывший студент и техник лаборатории.

Это связано с тем, что природные оболочки икосаэдрические: они состоят из гексамеров и пентамеров (как футбольный мяч).

Завершение конструкции

Затем команда "закрыла" отверстия в оболочке белком BMC-P, который в природе образует пентамеры. Результат — оболочка шириной около 25 нанометров, состоящая всего из двух типов белков: нового BMC-H2 и BMC-P. Она примерно вдвое меньше структуры, построенной с использованием всех трёх типов белков.

Следующая цель — оснастить оболочку заданными ферментами и настроить её для усиления внутренних химических реакций. Новая "дизайнерская" оболочка может найти применение в производстве биотоплива, медицине и промышленности.