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Progresso nella costruzione dei nanomachines della proteina

Un nanocage si costruisce dalle componenti costruite

Un itinerario per la costruzione dei nanomachines della proteina costruiti per le applicazioni specifiche può essere più vicino alla realtà.

I sistemi Biologici producono una schiera incredibile di auto-montaggio, strumenti funzionali della proteina. Alcuni esempi di questi materiali della proteina del nanoscale sono impalcature per ancorare le attività cellulari, i motori molecolari per determinare gli eventi fisiologici e le capsule per la consegna dei virus nelle cellule ospiti.

Gli Scienziati ispirati da questi commputer molecolari specializzati vogliono costruire il loro propri, con i moduli e le funzioni su misura alle attuali sfide dell'attrezzatura.

La capacità di progettare i nuovi nanostructures della proteina ha potuto avere implicazioni utili nella consegna mirata a delle droghe, in via di sviluppo lo sviluppo del vaccino e in plasmonics -- segnali elettromagnetici di manipolazione guidare diffrazione della luce per le tecnologie dell'informazione, la produzione di energia o altra usi.

Un metodo di calcolo sviluppato di recente può essere un punto importante verso quello scopo. Il progetto piombo dall'Università di Re di Neil di Washington, ricercatore di traduzione; Balla di Jacob, dottorando nella Biologia Molecolare e Cellulare; e William Sheffler nel laboratorio di David Baker all'Istituto dell'Università di Washington per Struttura delle Proteine, in collaborazione con i colleghi al UCLA ed all'Azienda Agricola di Janelia.

Il lavoro è basato sul pacchetto modellante macromolecolare di Rosetta sviluppato dal Panettiere e dai suoi colleghi. Il programma originalmente è stato creato per predire le strutture naturali della proteina dalle sequenze aminoacidiche. I Ricercatori nel laboratorio del Panettiere ed intorno al mondo sempre più stanno usando Rosetta per progettare le nuove strutture della proteina ed ordina puntato su risolvere i problemi nell'ambiente.

“Le Proteine sono strutture stupefacenti che possono fare le cose notevoli,„ Re hanno detto, “possono rispondere ai cambiamenti nel loro ambiente. L'Esposizione ad un metabolita particolare o un aumento nella temperatura, per esempio, può avviare un'alterazione nella forma e nella funzione di una proteina particolare.„ La Gente spesso chiama le proteine le particelle elementari di vita.

“Ma a differenza per esempio di una conduttura del PVC,„ Re ha detto, “non è semplicemente il materiale da costruzione.„ È egualmente lavoratori demolizione e (della costruzione) -- accelerando le reazioni chimiche, suddividendo alimento, i messaggi di trasporto, interazione a vicenda ed esecuzione innumerevole altri dazi vitali a vita.

Riferendo nell'emissione del 5 giugno della Natura, i ricercatori descrivono lo sviluppo e l'applicazione di nuovo software di Rosetta permettendo alla progettazione dei nanomaterials novelli della proteina composti di copie multiple degli sottounità distinti della proteina, che si sistemano nelle architetture di ordine superiore e simmetriche.

Con il nuovo software gli scienziati potevano creare cinque romanzi, 24 nanomaterials del tipo di gabbia della proteina dell'sottounità. D'importanza, le strutture reali, i ricercatori osservati, erano nell'accordo molto vicino con la loro modellistica del computer.

Il Loro metodo dipende dalle paia di codifica delle sequenze aminoacidiche della proteina con le informazioni state necessarie per dirigere l'assembly molecolare attraverso le interfacce della proteina-proteina. Le interfacce non solo forniscono le forze energetiche che determinano il processo di montaggio, essi egualmente precisamente orientano le paia delle particelle elementari della proteina con la geometria richiesta per rendere le architetture simmetriche del tipo di gabbia desiderate.

La Creazione della questa proteina a forma di gabbia, gli scienziati hanno detto, può essere un primo punto verso i contenitori del nano-disgaggio del bene immobile. Re ha detto che guarda in avanti ad un periodo quando le molecole della Cancro-droga saranno imballate dentro dei nanocages progettati e saranno consegnate direttamente alle celle del tumore, risparmiante le celle in buona salute.

“Il problema oggi con la chemioterapia del cancro è che colpisce ogni cella e fa il malato paziente di tatto,„ Re ha detto. L'Imballaggio dei nanovehicles su misura interno delle droghe con le opzioni di parcheggio limitate ai siti del cancro ha potuto aggirare gli effetti secondari.

Gli scienziati notano che combinando appena due tipi di elementi di simmetria, come in questo studio, può nella teoria provocare un intervallo delle forme simmetriche, quali i gruppi del punto, le eliche, i livelli ed i cristalli cubici.

Re ha spiegato che il sistema immunitario risponde ai reticoli ripetitivi e simmetrici, come quelli sulla superficie di un virus o dei batteri di malattia. Le nano-esche del Bene Immobile possono essere un treno di modo il sistema immunitario per attaccare determinati tipi di agenti patogeni.

“Questo concetto può trasformarsi nelle fondamenta per i vaccini basati sui nanomaterials costruiti,„ Re ha detto. Avanzi giù la strada, lui e la Balla anticipa che questi metodi di progettazione potrebbero anche essere utili per sviluppare le nuove tecnologie di energia pulita.

Gli scienziati aggiunti nel loro rapporto, “Il controllo preciso sopra la geometria dell'interfaccia offerta con il nostro metodo permette alla progettazione dei nanomaterials a due componenti della proteina con le diverse funzionalità del nanoscale, quali le superfici, pori e volumi interni, con alta precisione.„

Hanno continuato a dire che le combinazioni possibili con i materiali a due componenti notevolmente ampliano il numero e la varietà di nanomaterials potenziali che potrebbero essere progettati.

Può essere possibile produrre i nanomaterials in varie dimensioni, forme e disposizioni ed egualmente passa per costruire i materiali sempre più più complessi da più di due componenti.

I ricercatori hanno sottolineato che lo scopo a lungo termine di tali strutture non è di essere statico. La speranza è che imiteranno o andranno oltre la prestazione dinamica degli assembly naturali della proteina e che finalmente i commputer molecolari novelli della proteina potrebbero essere fabbricati con le funzioni programmabili.

I ricercatori hanno precisato che sebbene progettare le proteine ed i nanomaterials a base di proteine fosse molto provocatorio dovuto la complessità relativa delle strutture e delle interazioni della proteina, là sono ora più di una manciata di laboratori intorno al mondo che fa le andature importanti in materia. Ciascuno dei contributori principali ha concentrazioni chiave, hanno detto. Le concentrazioni del gruppo di UW è nell'accuratezza della corrispondenza delle proteine progettate ai modelli di calcolo e della prevedibilità dei risultati.

Questo progetto è stato supportato con il finanziamento dal Howard Hughes Medical Institute, dal National Science Foundation, dall'Iniziativa Vaccino Internazionale, dall'Ufficio dell'Aeronautica degli Stati Uniti di Ricerca Scientifica e dal Dipartimento Per L'Energia di Stati Uniti.

Sorgente: Università di Washington