Elementy składowe białek w służbie nanotechnologii

Białka są naturalnymi polimerami zbudowanymi z łańcuchów aminokwasowych. Niezwykła różnorodność czynnościowa białek jest w dużej mierze związana z ich strukturą trójwymiarową, uzyskiwaną tuż po syntezie i wynikającą w dużej mierze z kolejności tworzących je peptydów.

Zdolność do tworzenia stabilnych białek o pożądanej strukturze i funkcjach umożliwi budowę bezprecedensowych narzędzi nanobiologicznych. Platformy do rozpoznawania biologicznego przewidziano do zastosowań takich jak wykrywanie chorób lub ryzyka środowiskowego. Finansowani przez UE naukowcy położyli podwaliny pod nowatorską, bazującą na białkach nanotechnologię w ramach projektu "Protein design to generate bio-functional nanostructures" (BIONANOTOOLS).

Członkowie zespołu skupili się na powtórzeniach białkowych zwanych powtórzeniami tetratrikopeptydowymi (TPR). TPR są strukturalnymi motywami występującymi w wielu białkach u różnych organizmów, od bakterii po ludzi. Taki motyw składa się z 3 do 16 tandemowych powtórzeń reszt określonych aminokwasów i uczestniczy w oddziaływaniach białko-białko.

Aby można było zastosować białko w platformie nanobiologicznej, niezbędna jest jego stabilność termodynamiczna. Jest ona w dużej mierze uzależniona od struktury trójwymiarowej, która wpływa na oddziaływania pomiędzy poszczególnymi komponentami. Badania pokazały, że stabilność TPR można poprawić w przewidywalny sposób, przestrzegając prostych zasad.

Naukowcy udowodnili następnie, że można zaprojektować TPR o wyznaczonej funkcji przy zachowaniu stabilności. Stworzone przez nich moduły z powtórzeniami białkowymi mogły wiązać nowe peptydy zarówno in vitro jak i w żywych komórkach.

Badacze z projektu BIONANOTOOLS kontynuowali pracę immobilizując stabilne i funkcjonalne moduły rozpoznawcze na powierzchniach, celem stworzenia platform do rozpoznania biologicznego. Wykazali również możliwość kontrolowania charakterystycznych właściwości TPR dotyczących samoorganizacji, w taki sposób, że tworzyły nanostrukturalny, cienki film zbudowany całkowicie z białek i nanometrycznych włókien.

Większa wiedza na temat TPR umożliwiła stworzenie projektów inżynieryjnych o zwiększonej stabilności i strukturze pełniącej określone funkcje. Integracja substratów w postaci cienkich filmów i nanowłókien stanowi przełom w dziedzinie nanourządzeń do zastosowań w nanotechnologii, biomedycynie i wielu innych.