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Progreso en construir nanomachines de la proteína

Un nanocage se construye de componentes dirigidos

Una ruta para construir los nanomachines de la proteína dirigidos para las aplicaciones específicas puede estar más cercano a realidad.

Los sistemas Biológicos producen un arsenal increíble de uno mismo-ensamblar, herramientas funcionales de la proteína. Algunos ejemplos de estos materiales de la proteína del nanoscale son andamios para asegurar actividades celulares, los motores moleculares para impulsar acciones fisiológicas, y las cápsulas para entregar virus en las células huesped.

Los Científicos inspirados por estas máquinas moleculares sofisticadas quieren construir sus los propio, con los formularios y las funciones modificados para requisitos particulares a los retos del moderno-día del aparejo.

La capacidad de diseñar nuevos nanostructures de la proteína podía tener implicaciones útiles en la salida apuntada de drogas, en el revelado vaccíneo y en plasmonics -- señales electromágneticas de manipulación de conducir la difracción pálida para las tecnologías de la información, la producción energética u otra aplicaciones.

Un método de cómputo recientemente desarrollado puede ser un paso de progresión importante hacia esa meta. El proyecto fue llevado por la Universidad del Rey de Neil de Washington, investigador de translación; Bala de Jacob, estudiante de tercer ciclo en Biología Molecular y Celular; y Guillermo Sheffler en el laboratorio de David Baker en la Universidad del Instituto de Washington para el Diseño de la Proteína, en colaboración con colegas en el UCLA y la Granja de Janelia.

El trabajo se basa en el conjunto de modelado macromolecular de Rosetta desarrollado por el Panadero y sus colegas. El programa fue creado originalmente para predecir las estructuras naturales de la proteína de series de aminoácido. Los Investigadores en el laboratorio del Panadero y en todo el mundo están utilizando cada vez más Rosetta para diseñar las nuevas estructuras de la proteína y lo ordenan tenido como objetivo el resolver de problemas del mundo real.

Las “Proteínas son las estructuras asombrosas que pueden hacer cosas notables,” Rey dijeron, “pueden responder a los cambios en su ambiente. La Exposición a un metabilito determinado o una subida de la temperatura, por ejemplo, puede accionar un cambio en la dimensión de una variable y la función de una proteína determinada.” La Gente a menudo llama las proteínas los bloques huecos de la vida.

“Pero a diferencia, por ejemplo, de un tubo del PVC,” el Rey dijo, “ella no es simple el material de construcción.” Ella es también trabajadores de la construcción (y demolición) -- acelerando reacciones químicas, analizando la comida, mensajes que llevan, obrando recíprocamente con uno a, y la ejecución incontable otros servicios vitales a la vida.

Señalando en la aplicación del 5 de junio la Naturaleza, los investigadores describen el revelado y la aplicación del nuevo software de Rosetta activando el diseño de los nanomaterials nuevos de la proteína integrados por las copias múltiples de las subunidades distintas de la proteína, que se arreglan en configuraciones más de categoría alta, simétricas.

Con el nuevo software los científicos podían crear cinco novelas, 24 subunidades jaula-como los nanomaterials de la proteína. Importantemente, las estructuras reales, los investigadores observados, estaban en el acuerdo muy cercano con su modelado del ordenador.

Su método depende de pares de codificación de series de aminoácido de la proteína con la información necesaria para dirigir al ensamblaje molecular a través de interfaces de la proteína-proteína. Los interfaces no sólo proporcionan a las fuerzas enérgicas que impulsan el proceso de ensamblaje, ellos también orientan exacto los pares de bloques huecos de la proteína con la geometría requerida para rendir deseado jaula-como configuraciones simétricas.

Creando esto la proteína jaula-dada forma, los científicos dijeron, puede ser un primer paso de progresión hacia los contenedores de la nano-escala del edificio. El Rey dijo que él observa hacia adelante a una época cuando las moléculas del medicamento para el cáncer serán empaquetadas dentro de nanocages diseñados y entregadas directamente a las células del tumor, pasando sin las células sanas.

“El problema con quimioterapia del cáncer es hoy que golpea cada célula y hace al enfermo paciente de la sensación,” Rey dijo. El Empaquetado de los nanovehicles modificados para requisitos particulares interior de las drogas con las opciones del estacionamiento restringidas a los sitios del cáncer pudo evitar los efectos secundarios.

Los científicos observan que combinando apenas dos tipos de elementos de simetría, como en este estudio, puede en teoría dar lugar a un rango de dimensiones de una variable simétricas, tales como grupos de la punta, hélices, capas, y cristales cúbicos.

El Rey explicó que el sistema inmune responde a los modelos repetidores, simétricos, tales como ésos en la superficie de un virus o de las bacterias de la enfermedad. Los nano-señuelos del Edificio pueden ser un tren de manera el sistema inmune para atacar ciertos tipos de patógeno.

“Este concepto puede convertirse en el asiento para las vacunas basadas en los nanomaterials dirigidos,” el Rey dijo. Fomente abajo del camino, él y la Bala anticipa que estos métodos de diseño pudieron también ser útiles para desarrollar nuevas tecnologías de energía limpia.

Los científicos adicionales en su parte, “El mando exacto sobre la geometría del interfaz ofrecida por nuestro método activan el diseño de los nanomaterials de la proteína del dos-componente con las características diversas del nanoscale, tales como superficies, poros, y los volúmenes internos, con alta exactitud.”

Continuaron decir que las combinaciones posibles con los materiales del dos-componente despliegan grandemente el número y la variedad de nanomaterials potenciales que podrían ser diseñados.

Puede ser posible producir los nanomaterials en una variedad de tallas, de dimensiones de una variable y de ordenaciones, y también se mueve conectado para construir materiales cada vez más complejos de más de dos componentes.

Los investigadores acentuaron que la meta a largo plazo de tales estructuras no es ser estática. La esperanza es que imitarán o irán más allá del funcionamiento dinámico de los ensamblajes naturales de la proteína, y que las máquinas moleculares nuevas de la proteína se podrían fabricar eventual con funciones programables.

Los investigadores señalaron que aunque el diseño de las proteínas y de los nanomaterials a base de proteínas es muy desafiador debido a la complejidad relativa de las estructuras y de las acciones recíprocas de la proteína, allí ahora son más que un puñado de laboratorios en todo el mundo que hacían zancadas importantes en este campo. Cada Uno de los contribuidores de cabeza tiene fuerzas dominantes, dijeron. Las fuerzas de las personas de UW están en la exactitud del emparejamiento de las proteínas diseñadas a los modelos de cómputo y de la previsibilidad de los resultados.

Este proyecto fue utilizado con el financiamiento del Howard Hughes Medical Institute, del National Science Foundation, de la Iniciativa Vaccínea Internacional, de la Oficina de la Fuerza aérea de los E.E.U.U. de la Investigación Científica, y del Ministerio de los E.E.U.U. de Energía.

Fuente: Universidad de Washington