Nuevo, Las proteínas diseñadas por computadora se autoensamblan en filamentos mil veces más delgados que un cabello humano. Crédito:Ian C. Haydon / Instituto de Diseño de Proteínas
Por primera vez, los científicos han creado, desde cero filamentos de proteínas autoensamblables.
Estos se construyeron a partir de subunidades de proteínas idénticas que se juntan espontáneamente para formar largos, helicoidal, estructuras en forma de hilo.
En el mundo natural Los filamentos de proteínas son componentes esenciales de varias partes estructurales y móviles de las células vivas. así como muchos tejidos corporales.
Estos incluyen los citoesqueletos que dan forma a las células, los microtúbulos celulares que orquestan la división celular, y la proteína más común en nuestro cuerpo, colágeno que da fuerza y flexibilidad a nuestro cartílago, piel y otros tejidos.
"Ser capaz de crear filamentos de proteínas desde cero, o de novo, nos ayudará a comprender mejor la estructura y la mecánica de los filamentos de proteínas de origen natural y también nos permitirá crear materiales completamente nuevos que no se encuentran en la naturaleza. "dijo David Baker, profesor de bioquímica en la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington, y director del Instituto de Diseño de Proteínas de la Universidad de Washington, quien dirigió el proyecto. También es investigador del Instituto Médico Howard Hughes.
Estos componentes proteicos de nuevo diseño se juntan espontáneamente en filamentos. Las proteínas diseñadas son relativamente pequeñas, compuesto de aproximadamente 180 a 200 aminoácidos y mide solo aproximadamente un nanómetro de longitud, pero ensamblar en filamentos estables más de 10, 000 nanómetros de largo. Los filamentos también se pueden retocar para que crezcan o se desmonten. Crédito:Instituto de Diseño de Proteínas / UW Medicine
Dichos materiales pueden incluir fibras artificiales que igualen o superen la resistencia de la seda de araña, que en peso es más fuerte que el acero, Dijo Baker. También mencionó la posibilidad de circuitos de alambre a nanoescala.
Para diseñar los filamentos, los investigadores utilizaron un programa informático desarrollado en el laboratorio Baker, llamado Rosetta, que puede predecir la forma de una proteína a partir de su secuencia de aminoácidos.
Para funcionar correctamente, las proteínas deben plegarse en una forma precisa. Este plegamiento es impulsado por las propiedades de los aminoácidos individuales y cómo interactúan entre sí y con el entorno fluido circundante. Las fuerzas de atracción y repulsión hacen que la proteína se detenga en una forma que tenga el nivel de energía más bajo.
Al calcular qué forma equilibraría estas fuerzas de atracción y repulsión para producir el nivel de energía total más bajo, Rosetta puede predecir con un alto grado de precisión, la forma que asumirá una proteína en la naturaleza.
Usando Rosetta, los investigadores se propusieron diseñar pequeñas proteínas que tuvieran aminoácidos en su superficie que harían que se adhirieran entre sí. Esto les permitió ensamblar en una hélice alineándose como escalones en una escalera de caracol. Para que la hélice sea estable, la proteína diseñada se une a otras copias colocadas encima y debajo de ella a medida que la hélice se enrolla, nivel en nivel.
Concepción artística de unidades de proteínas diseñadas por computadora que comienzan a autoensamblarse para formar filamentos. Crédito:Instituto de Diseño de Proteínas
"Eventualmente pudimos diseñar proteínas que se unieran como Legos, "dijo Hao Shen, un doctorado candidato en el Instituto de Ciencias e Ingeniería Molecular de la UW. Él y Jorge Fallas, un instructor interino en bioquímica en la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington, son los autores principales de un artículo que describe el enfoque.
Este artículo será publicado en línea por la revista. Ciencias el jueves, 8 de noviembre 2018.
Fallas dijo que las proteínas diseñadas son relativamente pequeñas. Están formados por aproximadamente solo 180 a 200 aminoácidos y miden solo aproximadamente un nanómetro de longitud, pero ensamblar en filamentos estables más de 10, 000 nanómetros de largo. Un nanómetro es la mil millonésima parte de un metro, o aproximadamente del ancho de 10 átomos de hidrógeno alineados uno al lado del otro.
Los investigadores también demostraron que, jugando con la concentración de proteína diseñada en solución y agregando tapas que inhiben la capacidad del diseño para unirse, podrían hacer que los filamentos crezcan o se desmonten.
"La capacidad de programar la dinámica de la formación de filamentos nos dará una idea de cómo se regula en la naturaleza el montaje y desmontaje de filamentos, ", dijo Baker." La estabilidad de estas proteínas sugiere que podrían servir como andamios fácilmente modificables para una variedad de aplicaciones que van desde nuevas pruebas de diagnóstico hasta nanoelectrónica ".
