Estructura del nanocristal de cloruro de cadmio
En el mundo natural las proteínas utilizan el proceso de biomineralización para incorporar elementos metálicos en los tejidos, usándolo para crear diversos materiales como conchas marinas, dientes, y huesos. Sin embargo, la forma en que las proteínas hacen esto realmente no se comprende bien.
Ahora, en investigaciones publicadas en Edición internacional Angewandte Chemie , Los científicos del grupo de Kam Zhang en el Centro RIKEN para Tecnologías de Ciencias de la Vida (CLST) y el grupo de Jeremy Tame en la Universidad de la Ciudad de Yokohama en Japón han utilizado una proteína diseñada artificialmente para crear un nanocristal de cloruro de cadmio, el cristal más pequeño reportado hasta ahora. compuesto por solo 19 átomos, intercalados entre dos copias de la proteína.
En 2014, los grupos anunciaron el desarrollo de una proteína artificial, llamado Pizza6, que se parece mucho a una pizza cortada en seis porciones idénticas. El objetivo de los grupos era diseñar proteínas novedosas, que no existen en la naturaleza, que pudieran utilizarse para una variedad de usos. Proteínas como la pizza, con su alto grado de simetría, no existen naturalmente, pero debido a que pueden crearse artificialmente, son andamios atractivos para la creación de nuevos biomateriales híbridos adecuados para una variedad de propósitos, como el envasado de medicamentos y la entrega a las células, o incluso la biorremediación de metales peligrosos en el medio ambiente.
En la investigación actual, la proteína Pizza se modificó mediante la introducción de un sitio de unión a metales. Según el primer autor Arnout Voet, quien realizó el trabajo de diseñar y construir las proteínas, "Nuestro impulso inicial fue diseñar sitios de unión de metales para controlar el autoensamblaje de nuestras proteínas simétricas diseñadas. Usamos métodos computacionales para encontrar una forma racional de incorporar un sitio de unión de metales en la proteína Pizza que habíamos diseñado anteriormente. basado en la idea de que esto podría permitirnos controlar fácilmente el ensamblaje de proteínas. Creemos que esto nos daría una nueva herramienta para construir nuevas proteínas desde cero mediante el uso de reactivos metálicos muy baratos ".
Estructura de una proteína de pizza
En efecto, cuando las proteínas se modificaron para tener un sitio de unión a metales y luego se colocaron en una solución de cloruro de cadmio, los investigadores encontraron que los trímeros de la proteína se unían espontáneamente. Usando la instalación de sincrotrón SPring-8 de RIKEN en Harima y otras instalaciones, analizaron la estructura a nivel atómico y descubrieron, curiosamente, que los átomos de cadmio y cloruro habían formado una diminuta red —una estructura cristalina— intercalada entre dos "pizzas".
Según el autor correspondiente Kam Zhang, quien lideró el equipo RIKEN, "Estábamos muy emocionados de ver la formación del cristal, ya que proporciona información sobre el proceso de biomineralización, el proceso mediante el cual la naturaleza incorpora elementos metálicos en los tejidos para formar estructuras como conchas marinas, dientes, y huesos. Nuestros resultados indican la viabilidad de utilizar proteínas simétricas diseñadas racionalmente para biomineralizar nanocristales. Lograr esto podría permitirnos fabricar una amplia gama de nanodispositivos como biofarmacéuticos, biosensores, interruptores accionados por luz, y enzimas sintéticas de abajo hacia arriba ".
"Tenemos muchas ideas sobre cómo se podría utilizar esto en mayor medida, " él continúa, "y continuará experimentando para encontrar nuevas propiedades en estas proteínas diseñadas artificialmente".
