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Progrès en construisant des nanomachines de protéine

Un nanocage s'établit des composants conçus

Une artère pour construire des nanomachines de protéine conçus pour des applications particulières peut être plus près de réalité.

Les Systèmes biologiques produisent un choix incroyable d'auto-assembler, outils fonctionnels de protéine. Quelques exemples de ces matériaux de protéine de nanoscale sont des échafaudages pour ancrer des activités cellulaires, moteurs moléculaires pour piloter des événements physiologiques, et des gélules pour livrer des virus dans des cellules hôte.

Les Scientifiques inspirés par ces machines moléculaires sophistiquées veulent établir leurs propres moyens, avec des formes et des fonctionnements personnalisés aux défis d'aujourd'hui de palan.

La capacité de concevoir des nanostructures neufs de protéine a pu avoir des implications utiles dans l'accouchement visé des médicaments, dans la mise au point de vaccin et dans le plasmonics -- signes électromagnétiques manipulants de guider la diffraction légère pour des technologies de l'information, la production d'énergie ou autre utilisations.

Une méthode de calcul développée récemment peut être une étape importante vers cet objectif. Le projet a été abouti par l'Université du Roi de Neil de Washington, chercheur de translation ; Balle de Jacob, étudiant de troisième cycle dans Moléculaire et Biologie Cellulaire ; et William Sheffler en laboratoire de David Baker à l'Université de l'Institut de Washington pour le Design de Protéine, en collaboration avec des collègues à la Ferme d'UCLA et de Janelia.

Le travail est basé dans le module de modélisation macromoléculaire de Rosetta développé par Baker et ses collègues. Le programme a été initialement produit pour prévoir les structures des protéines naturelles des séquences des acides aminés. Les Chercheurs dans le laboratoire de Baker et autour du monde emploient de plus en plus Rosetta pour concevoir les structures des protéines neuves et l'ordonnancent destiné à résoudre des problèmes du monde réel.

Les « Protéines sont des structures étonnantes qui peuvent faire des choses remarquables, » Roi ont dit, « elles peuvent répondre aux changements de leur environnement. L'Exposition à une métabolite particulière ou une augmentation dans la température, par exemple, peut déclencher un changement de la forme et du fonctionnement d'une protéine particulière. » Les Gens appellent souvent des protéines les synthons de durée de vie.

« Mais à la différence par exemple d'un tuyau de PVC, » le Roi a dit, « ils ne sont pas simplement le matériau de construction. » Ils sont également des travailleurs de construction (et destruction) -- accélérant des réactions chimiques, décomposant la nourriture, les messages transportants, l'interaction les uns avec les autres, et exécuter innombrable d'autres droits indispensables à la durée de vie.

Enregistrant dans la question du 5 juin de la Nature, les chercheurs décrivent le développement et l'application du logiciel neuf de Rosetta activant le design des nanomaterials nouveaux de protéine composés de copies multiples des sous-unités distinctes de protéine, qui s'arrangent dans des architectures évoluées et symétriques.

Avec le logiciel neuf les scientifiques pouvaient produire cinq romans, 24 nanomaterials cage cage de protéine de sous-unité. D'une Manière Primordiale, les structures réelles, les chercheurs observés, étaient dans la convention très proche avec leur modélisation d'ordinateur.

Leur méthode dépend des paires encodantes de séquences des acides aminés de la protéine avec l'information requise pour diriger l'assemblage moléculaire par des surfaces adjacentes de protéine-protéine. Les surfaces adjacentes fournissent non seulement les forces énergétiques qui pilotent l'assemblage, elles installent également avec précision les paires de synthons de protéine avec la géométrie exigée pour fournir les architectures symétriques cage cage désirées.

Produire cette protéine cage cage, les scientifiques ont dit, peuvent être une première étape vers des récipients de nano-échelle de bâtiment. Le Roi a dit qu'il attend avec intérêt un moment où des molécules de médicament contre le cancer seront empaquetées à l'intérieur des nanocages conçus et livrées directement aux cellules tumorales, cellules saines économiquement.

« Le problème aujourd'hui avec la chimiothérapie anticancéreuse est qu'il heurte chaque cellule et effectue le malade patient de sensation, » Roi a dit. L'Empaquetage des nanovehicles personnalisés par intérieur de médicaments avec des options de stationnement limitées aux sites de cancer pourrait éviter les effets secondaires.

Les scientifiques notent que combinant juste deux types d'éléments de symétrie, comme dans cette étude, peut dans la théorie provoquer un domaine des formes symétriques, telles que les groupes de remarque, les hélix, les couches, et les cristaux cubiques.

Le Roi a expliqué que le système immunitaire répond aux configurations répétitives et symétriques, de ce type sur la surface d'un virus ou des bactéries de la maladie. Les nano-leurres de Bâtiment peuvent être un train de voie le système immunitaire pour attaquer certains types d'agents pathogènes.

« Ce concept peut devenir la fondation pour des vaccins basés sur les nanomaterials conçus, » le Roi a dit. Promouvez en bas de la route, il et la Balle anticipent que ces méthodes de conception pourraient également être utiles pour développer des technologies d'énergie propre neuves.

Les scientifiques ajoutés dans leur état, « Le contrôle précis de la géométrie de surface adjacente offerte par notre méthode active le design des nanomaterials de protéine de deux-composant avec de diverses configurations de nanoscale, telles que des surfaces, pores, et des volumes internes, avec de grande précision. »

Ils ont continué pour dire que les combinaisons possibles avec des matériaux de deux-composant augmentent grand le nombre et la variété de nanomaterials potentiels qui pourraient être conçus.

Il peut être possible de produire des nanomaterials dans un grand choix de tailles, de formes et d'arrangements, et passe également pour construire des matériaux de plus en plus plus complexes de plus de deux composants.

Les chercheurs ont mis l'accent sur que l'objectif à long terme de telles structures n'est pas d'être statique. L'espoir est qu'ils imiteront ou iront au delà de la performance dynamique des assemblages naturels de protéine, et qu'éventuellement des machines moléculaires nouvelles de protéine pourraient être fabriquées avec des fonctionnements programmables.

Les chercheurs ont précisé que bien que le modèle des protéines et des nanomaterials à base de protéines est dû très provocant à la complexité relative des structures des protéines et des interactions, là sont maintenant plus qu'une poignée de laboratoires autour du monde effectuant des pas importants dans ce domaine. Chacun des principaux contributeurs a les forces principales, ils ont dit. Les forces de l'équipe d'UW est dans l'exactitude de la correspondance des protéines conçues aux modèles de calcul et de la prévisibilité des résultats.

Ce projet a été supporté avec le financement du Howard Hughes Medical Institute, du National Science Foundation, de l'Initiative Vaccinique Internationale, du Bureau de l'Armée de l'Air des États-Unis de la Recherche Scientifique, et du Département de l'Énergie des États-Unis.

Source : Université de Washington