Representación de péptidos autoensamblados en nanocables en una superficie 2-D del semimetal grafeno. Crédito:Mehmet Sarikaya
La vida siempre se ha regido por su propio conjunto de reglas moleculares. De la bioquímica detrás de las primeras células, la evolución ha construido maravillas como huesos duros, corteza rugosa y enzimas vegetales que recolectan luz para producir alimentos.
Pero nuestras herramientas para manipular la vida, para tratar enfermedades, reparar el tejido dañado y reemplazar las extremidades perdidas; provienen del reino inanimado:metales, plásticos y similares. Aunque estos salvan y preservan vidas, nuestros tratamientos sintéticos tienen sus raíces en un lenguaje químico que no se adapta a nuestra elegancia orgánica. Cicatriz de electrodos implantados, los cables se sobrecalientan y nuestros cuerpos luchan contra bombas mal ajustadas, tuberías o válvulas.
Una solución consiste en cerrar esta brecha donde lo artificial se encuentra con lo biológico, aprovechando las reglas biológicas para intercambiar información entre la bioquímica de nuestros cuerpos y la química de nuestros dispositivos. En un artículo publicado el 22 de septiembre en Informes científicos , Los ingenieros de la Universidad de Washington dieron a conocer péptidos, pequeñas proteínas que llevan a cabo innumerables tareas esenciales en nuestras células, que pueden proporcionar ese vínculo.
El equipo, dirigido por el profesor de la Universidad de Washington Mehmet Sarikaya en los Departamentos de Ciencia e Ingeniería de Materiales, muestra cómo un péptido modificado genéticamente puede ensamblarse en nanocables encima de 2-D, Superficies sólidas que tienen solo una capa de átomos de espesor. Estos ensamblajes de nanocables son fundamentales porque los péptidos transmiten información a través de la interfaz bio / nano a través del reconocimiento molecular, los mismos principios que subyacen a las interacciones bioquímicas, como la unión de un anticuerpo a su antígeno específico o la unión de una proteína al ADN.
Dado que esta comunicación es bidireccional, con péptidos entendiendo el "lenguaje" de la tecnología y viceversa, su enfoque permite esencialmente una interfaz bioelectrónica coherente.
Vista superior de nanocables GrBP5 en una superficie 2-D de grafeno. Crédito:Mehmet Sarikaya / Informes científicos
"Cerrar esta brecha sería la clave para construir los dispositivos biomoleculares de estado sólido diseñados genéticamente del futuro". "dijo Sarikaya, quien también es profesor de ingeniería química y ciencias de la salud bucal.
Su equipo en el Centro de Ingeniería y Ciencia de Materiales de Ingeniería Genética de la Universidad de Washington estudia cómo combinar la química de la vida para sintetizar materiales con características físicas, tecnológicamente significativas. propiedades electrónicas y fotónicas. Para Sarikaya, el "lenguaje" bioquímico de la vida es una emulación lógica.
"La naturaleza debe fabricar constantemente materiales para realizar muchas de las mismas tareas que buscamos, " él dijo.
El equipo de la Universidad de Washington quiere encontrar péptidos modificados genéticamente con propiedades químicas y estructurales específicas. Buscaron un péptido que pudiera interactuar con materiales como el oro, titanio e incluso un mineral en huesos y dientes. Todos estos podrían formar la base de los futuros dispositivos biomédicos y electroópticos. Su péptido ideal también debería cambiar las propiedades físicas de los materiales sintéticos y responder a ese cambio. De esa manera, transmitiría "información" del material sintético a otras biomoléculas, uniendo la brecha química entre la biología y la tecnología.
Al explorar las propiedades de 80 péptidos seleccionados genéticamente, que no se encuentran en la naturaleza pero tienen los mismos componentes químicos de todas las proteínas, descubrieron que uno, GrBP5, mostró interacciones prometedoras con el grafeno semimetal. Luego probaron las interacciones de GrBP5 con varios nanomateriales 2-D que, Sarikaya dijo:"podrían servir como metales o semiconductores del futuro".
Una imagen de vista superior de nanocables GrBP5 en una superficie 2-D de disulfuro de molibdeno. Crédito:Mehmet Sarikaya / Informes científicos
"Necesitábamos conocer las interacciones moleculares específicas entre este péptido y estas superficies sólidas inorgánicas, "añadió.
Sus experimentos revelaron que GrBP5 se organizó espontáneamente en patrones ordenados de nanocables en grafeno. Con algunas mutaciones, GrBP5 también alteró la conductividad eléctrica de un dispositivo basado en grafeno, el primer paso hacia la transmisión de información eléctrica del grafeno a las células a través de péptidos.
En paralelo, El equipo de Sarikaya modificó GrBP5 para producir resultados similares en un material semiconductor, disulfuro de molibdeno, al convertir una señal química en una señal óptica. También predijeron computacionalmente cómo las diferentes disposiciones de nanocables GrBP5 afectarían la conducción eléctrica o la señal óptica de cada material. mostrando potencial adicional dentro de las propiedades físicas de GrBP5.
"En cierto sentido, estamos en las puertas de la inundación, ", dijo Sarikaya." Ahora necesitamos explorar las propiedades básicas de este puente y cómo podemos modificarlo para permitir el flujo de 'información' desde dispositivos electrónicos y fotónicos a sistemas biológicos ".
