Los investigadores utilizaron los heteropolímeros aleatorios para estabilizar la hidrolasa organofosforada y luego fabricaron esteras de fibra a partir de los polímeros. Los investigadores sumergieron las esteras en un insecticida bien conocido y encontraron que las esteras degradaban una cantidad de insecticida que pesaba aproximadamente una décima parte de la estera de fibra total en solo unos minutos. Crédito:Christopher DelRe y Charley Huang.
En un avance que podría conducir a una nueva clase de materiales con funciones que solo se encuentran en los sistemas vivos, científicos de la Universidad de California, Berkeley, han descubierto una manera de mantener ciertas proteínas activas fuera de la célula. Los investigadores utilizaron esta tecnología para crear tapetes que pueden absorber y atrapar la contaminación química.
A pesar de años de esfuerzo para estabilizar proteínas fuera de sus entornos nativos, Los científicos han logrado avances limitados en la combinación de proteínas con componentes sintéticos sin comprometer la actividad de las proteínas. El nuevo estudio muestra un camino hacia la explotación del poder de las proteínas fuera de la célula al demostrar una forma única de mantener las proteínas activas en entornos sintéticos. Los materiales presentados en el estudio podrían permitir reacciones bioquímicas bajo demanda donde antes no eran factibles.
"Creemos que hemos descifrado el código para interconectar sistemas naturales y sintéticos, "dijo el autor del estudio, Ting Xu, un profesor de Berkeley en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales y el Departamento de Química, cuyo laboratorio dirigió el trabajo.
El estudio se publicará en la edición del 16 de marzo de la revista Ciencias . La investigación fue apoyada por subvenciones del Departamento de Defensa de EE. UU. Los colaboradores de la Northwestern University recibieron el apoyo del Departamento de Energía y la Fundación Sherman Fairchild. Los colaboradores de la Universidad de Lyon y el Laboratorio de la Fuerza Aérea recibieron apoyo del programa Fulbright y del Instituto Miller.
El problema con las proteínas es que son quisquillosas. Sáquelos de sus entornos nativos y es probable que se desmoronen. Para funcionar correctamente, las proteínas deben plegarse en una estructura específica, a menudo con la ayuda de otras proteínas. Para superar este desafío, El laboratorio de Xu analizó las tendencias en las secuencias y superficies de proteínas para ver si podían desarrollar un polímero sintético que proporcionara todas las cosas que una proteína necesitaría para mantener su estructura y función.
"Las proteínas tienen un patrón estadístico muy bien definido, así que si puedes imitar ese patrón, entonces puedes casar los sistemas sintético y natural, lo que nos permite fabricar estos materiales, "Dijo Xu.
El laboratorio de Xu luego creó heteropolímeros aleatorios, a los que llaman RHP. Los RHP se componen de cuatro tipos de subunidades de monómeros, cada uno con propiedades químicas diseñadas para interactuar con parches químicos en la superficie de proteínas de interés. Los monómeros están conectados para imitar una proteína natural para maximizar la flexibilidad de sus interacciones con las superficies de las proteínas. Las RHP actúan como proteínas no estructuradas, comúnmente visto dentro de las células. Aumentaron el plegamiento de las proteínas de la membrana en el agua durante la traducción de proteínas y preservaron la actividad de las proteínas solubles en agua en disolventes orgánicos.
Los investigadores de la Universidad Northwestern realizaron extensas simulaciones moleculares para mostrar que el RHP interactuaría favorablemente con las superficies de las proteínas. envolver las superficies proteicas en disolventes orgánicos y débilmente en agua, conduciendo al correcto plegamiento y estabilidad de las proteínas en un entorno no nativo.
La estera de fibra blanca que contiene una enzima, visto aquí en blanco, fue creado mediante un proceso llamado electrohilado. Crédito:Christopher DelRe y Charley Huang.
Luego, los investigadores probaron si pueden usar un RHP para crear materiales a base de proteínas para la biorremediación de productos químicos tóxicos. para lo cual fueron financiados por el Departamento de Defensa. Los investigadores mezclaron RHP con una proteína llamada hidrolasa organofosforada (OPH), que degrada los organofosforados tóxicos que se encuentran en insecticidas y agentes de guerra química.
Los investigadores utilizaron la combinación RHP / OPH para hacer tapetes de fibra, sumergió los tapetes en un insecticida conocido y descubrió que los tapetes degradaban una cantidad de insecticida que pesaba aproximadamente una décima parte de la fibra total del tapete en solo unos minutos. Esto abre la puerta a la creación de tapetes más grandes que podrían absorber químicos tóxicos en lugares como zonas de guerra.
"Nuestro estudio indicó que el enfoque debería ser aplicable a otras enzimas, ", Dijo Xu." Esto puede hacer posible tener un laboratorio de química portátil en diferentes materiales ".
