科學家發(fā)現(xiàn)：創(chuàng)造單鏈蛋白質(zhì)納米結構的新方法

2019-09-16 21:43 作者:博科園 0人讀過 | 我要投稿

古代折紙藝術被用來制作復雜的鳥或其他形狀，華盛頓大學圣路易斯分校麥凱維工程學院科學家受到DNA折紙的啟發(fā)，發(fā)現(xiàn)了一種利用合成生物學和蛋白質(zhì)組裝技術制造單鏈蛋白質(zhì)納米結構的新方法。

該團隊使用穩(wěn)定的蛋白質(zhì)構建塊，創(chuàng)造出三角形和正方形的納米結構。這些蛋白質(zhì)納米結構可以承受高溫和苛刻的化學條件，而這兩種情況在DNA基納米結構中是不可能的。

在未來，這些蛋白質(zhì)納米結構可以用來提高傳感能力，加速化學反應，在藥物傳遞和其他應用。當試圖創(chuàng)建適合特定應用的蛋白質(zhì)納米結構時，科學家通常會對現(xiàn)有的蛋白質(zhì)結構(如病毒顆粒)進行修改。然而，使用這種方法可以得到的納米結構形狀僅限于大自然所提供?，F(xiàn)在能源，環(huán)境和化學工程副教授和實驗室成員已經(jīng)開發(fā)了一種自下而上的方法來構建二維納米結構，基本上是從零開始，建造大自然沒有不存在的東西更令人興奮。

將單個折疊的蛋白質(zhì)用作構建塊，然后將它們一塊一塊地組裝起來，這樣就能創(chuàng)造出量身定制的納米結構，這項研究的結果發(fā)表在《自然通訊》上。利用合成生物學方法，研究團隊首先生物合成了棒狀的蛋白質(zhì)構建塊，形狀類似于鉛筆，但只有12納米長。然后通過反應蛋白結構域?qū)⑦@些構建塊連接在一起，這些結構域通過基因融合到每根桿子的兩端，形成三個桿子組成的三角形和四個桿子組成的正方形。

這些反應蛋白區(qū)域被稱為分裂內(nèi)蛋白，該實驗室研究團隊用來制造高強度合成蜘蛛絲和合成粘著貽貝足蛋白復制品的工具。在這兩種情況下，這些分裂的內(nèi)珠蛋白群都能產(chǎn)生大量蛋白質(zhì)，使合成的蛛絲更堅韌，貽貝足部的蛋白質(zhì)更粘。在這種情況下，它們使新型納米結構的構建成為可能。研究了連接處蛋白質(zhì)序列如何決定這些納米結構的靈活性，并預測蛋白質(zhì)序列，從而更好地控制納米結構的靈活性和幾何形狀。合成生物學實驗室和帕普教授生物物理建模實驗室之間的合作已經(jīng)證明非常有效。

這種協(xié)作簡化了一個非常復雜的過程，一旦理解了設計策略，這項研究就變得相當簡單，而且非常有趣，只是控制不同的官能團，然后控制形狀。由于蛋白質(zhì)具有多種功能，這些納米結構有望作為支架材料組裝各種納米材料。為了驗證這個想法，研究小組在三角形的頂點上精確地組裝了1納米金納米顆粒。在該大學材料科學與工程學院的新電子顯微鏡下，蛋白質(zhì)三角形和聚集在三角形頂點上的金納米顆粒都是可見的。為了測試這些蛋白質(zhì)納米結構的穩(wěn)定性，研究小組將它們暴露在高溫下，高達98攝氏度，化學物質(zhì)，如鹽酸胍，和有機溶劑，如丙酮。

雖然這些條件通常會破壞蛋白質(zhì)結構，但實驗室的結構卻完好無損。這種超穩(wěn)定性可以使更多的納米應用成為可能，而使用DNA或其他蛋白質(zhì)制成的納米結構很困難或不可能。接下來，利用這些蛋白質(zhì)納米結構開發(fā)改進的等離子體傳感器。利用高度穩(wěn)定結構構建塊與本質(zhì)上無序或靈活區(qū)域之間的相互作用，為設計具有可定制特性的納米結構，用于合成生物學和生物醫(yī)學科學的各種應用提供了一種新途徑。