Un modelo molecular de una nanohoja peptoide que muestra estructuras de bucle en azúcares (naranja) que se unen a la toxina Shiga (que se muestra como una estructura unida de cinco colores en la parte superior derecha). Crédito:Berkeley Lab
Los investigadores han desarrollado un proceso para crear ultradelgados, hojas de autoensamblaje de materiales sintéticos que pueden funcionar como papel matamoscas de diseño en la unión selectiva con virus, bacterias y otros patógenos.
De esta forma la nueva plataforma, desarrollado por un equipo dirigido por científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de EE. UU. (Berkeley Lab), potencialmente podría usarse para inactivar o detectar patógenos.
El equipo, que también incluyó a investigadores de la Universidad de Nueva York, creó las nanohojas sintetizadas en Molecular Foundry de Berkeley Lab, un centro científico a nanoescala, fuera de autoensamblaje, polímeros bioinspirados conocidos como peptoides. El estudio fue publicado a principios de este mes en la revista ACS Nano .
Las láminas fueron diseñadas para presentar azúcares simples en forma de patrón a lo largo de sus superficies, y estos azúcares, Sucesivamente, se demostró que se unen selectivamente con varias proteínas, incluyendo uno asociado con la toxina Shiga, que causa disentería. Debido a que el exterior de nuestras células es plano y está cubierto de azúcares, estas nanohojas 2-D pueden imitar eficazmente las superficies de las células.
"No es solo un 'candado y llave', es como Velcro, con un montón de pequeños bucles que convergen juntos en la proteína objetivo, "dijo Ronald Zuckermann, un científico de Molecular Foundry que dirigió el estudio. "Ahora podemos imitar una característica a nanoescala que es omnipresente en biología".
Modelo impreso en 3D de una nanohoja peptoide, mostrando filas estampadas de azúcares. Crédito:Berkeley Lab
Señaló que numerosos patógenos, desde el virus de la gripe hasta la bacteria del cólera, se unen a los azúcares en la superficie celular. Entonces, eligiendo los azúcares adecuados para unirse a las nanohojas peptoides, en las distribuciones correctas, puede determinar qué patógenos serán atraídos hacia ellos.
"La química que hacemos es muy modular, ", Agregó Zuckermann." Podemos 'hacer clic en' diferentes azúcares, y presentarlos en un formato bien definido, superficie plana. Podemos controlar la distancia entre ellos. Podemos hacer esto con prácticamente cualquier azúcar ".
La plataforma peptoide también es más resistente y estable en comparación con las biomoléculas naturales, él dijo, por lo que potencialmente puede ser desplegado en el campo para pruebas de bioagentes por personal militar y personal de respuesta a emergencias, por ejemplo.
Y los peptoides, un análogo de los péptidos en biología que son cadenas de aminoácidos, son polímeros baratos y fáciles de fabricar.
"La información química que indica a las moléculas que se ensamblen espontáneamente en las láminas recubiertas de azúcar se programa en cada molécula durante su síntesis, ", Dijo Zuckermann." Este trabajo demuestra nuestra capacidad para diseñar fácilmente nanoestructuras biomiméticas sofisticadas mediante el control directo de la secuencia del polímero ".
Un modelo de cinta tridimensional que representa una subunidad proteica de la toxina Shiga. La toxina producida por bacterias causa disentería en humanos. Crédito:Wikimedia Commons
Las nanoláminas recubiertas de azúcar se fabrican en una solución líquida. Zuckermann dijo que si las nanoláminas se utilizan para proteger a alguien de la exposición a un patógeno, podía imaginar el uso de un aerosol nasal que contenía las nanohojas de unión a patógenos.
Las nanohojas también podrían usarse en limpiezas ambientales para neutralizar toxinas y patógenos específicos, y las hojas podrían escalarse potencialmente para atacar virus como el Ébola y bacterias como E. coli, y otros patógenos.
En el último estudio, Los investigadores confirmaron que las uniones con las proteínas diana tuvieron éxito al incrustar un tinte fluorescente en las láminas y unir otro tinte fluorescente a las proteínas blanco. Un cambio de color indicó que una proteína estaba unida a la nanohoja.
La intensidad de este cambio de color también puede guiar a los investigadores a mejorarlos, y descubrir nuevas nanohojas que podrían apuntar a patógenos específicos.
