Созданы программируемые биоэлектронные компоненты из белков
Исследователи создали микроскопический набор "зелёных" настраиваемых электрических компонентов, прокладывая путь для нового поколения биоэлектронных устройств и датчиков.
Исследование под руководством Бристольского университета, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), демонстрирует, как создавать проводящие, биоразлагаемые провода из спроектированных белков. Они могут быть совместимы с обычными электронными компонентами из меди или железа, а также с биологическими механизмами, ответственными за выработку энергии во всех живых организмах.
Крошечные провода размером с транзисторы на кремниевых чипах или в одну тысячную толщины самого тонкого человеческого волоса. Они полностью состоят из природных аминокислот и молекул гема, содержащихся в таких белках, как гемоглобин. Для их производства использовались безвредные бактерии, что устраняет необходимость в потенциально сложных и экологически вредных процедурах, обычно используемых при производстве синтетических молекул.
Ведущий автор Росс Андерсон, профессор биологической химии Бристольского университета, заявил, что их дизайн вдохновлён белковыми электронными цепями, необходимыми для всей жизни на Земле, но свободен от сложности и нестабильности, мешающих использовать природные аналоги. Эти электронные компоненты можно строить на заказ, задавая их свойства, что невозможно с природными белками.
Эксперты в области биомолекулярной инженерии и моделирования совместно создали новый метод проектирования белков с заданными электронными свойствами.
Мультидисциплинарная команда использовала передовые вычислительные инструменты для проектирования простых строительных блоков, которые можно комбинировать в длинные белковые цепи для проведения электронов. Структуры этих проводов визуализировали с помощью рентгеновской кристаллографии белков и крио-электронной микроскопии (крио-ЭМ). Были получены изображения самого маленького отдельного белка, когда-либо изученного с помощью этой техники.
В конечном итоге эти наноразмерные провода могут найти широкое применение, включая биосенсоры для диагностики заболеваний и обнаружения загрязнителей окружающей среды.
Также ожидается, что это изобретение ляжет в основу новых электрических цепей для создания катализаторов в зелёной промышленной биотехнологии и искусственных фотосинтетических белков для улавливания солнечной энергии.
Прорыв стал частью пятилетнего проекта "Цепи жизни" с участием университетов Бристоля, Портсмута, Восточной Англии и Университетского колледжа Лондона (UCL).
Команда использовала свой опыт в дизайне белков, переносе электронов, биомолекулярном моделировании, структурной биологии и спектроскопии, чтобы понять, как электроны протекают через природные биологические молекулы — фундаментальный процесс, лежащий в основе клеточного дыхания и фотосинтеза.
Ожидаются дальнейшие успехи по мере развития проекта, начавшегося в прошлом году, что открывает значительные возможности для перехода к углеродной нейтральности и более устойчивым промышленным процессам.