Белковая архитектура с атомной точностью
В дизайне и построении белковых наноструктур с определённой геометрией и беспрецедентной точностью — прорыв. Новый подход, явленный специалистами из Вашингтонского университета в Сиэтле и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (оба США), может открыть путь к широкому спектру протеиновых наноматериалов с предопределённой архитектурой для применения в разработке вакцин и направленной доставке лекарств.
Основываясь на результатах компьютерного моделирования, исследователи создали две белковые архитектуры: куб, состоящий из 24 отдельных структурных блоков, и тетраэдр из 12 блоков. Компьютерное моделирование использовалось для поиска таких комбинаций пептидных тримеров (8 в одном случае и 4 в другом) и их взаиморасположения в кубе и тетраэдре, при которых была бы возможной самосборка желаемых симметричных архитектур. Одним из критериев симуляции была выбрана возможность достижения наименьшей энергии протеин-протеинового взаимодействия. Для самых многообещающих комбинаций учёные провели более детальный анализ аминокислотных последовательностей, для которых тримеры могли бы способствовать увеличению вероятности образования более прочных протеиновых интерфейсов.
[показать]Тетраэдрическая протеиновая капсула для транспортировки лекарств (в центре). Каждый протеин обозначен своим цветом. (Иллюстрация Todd Yeates, Yen-Ting Lai / UCLA Chemistry and Biochemistry.)
Используя 271 начальную комбинацию протеинов в строительных блоках, компьютер перебрал сотни тысяч вариантов. В итоге было отобрано 40 версий пептидного дизайна, которые затем тестировались «вживую», с использованием синтезированных с помощью генетически измененных бактерий белковых последовательностей. После этого полученные протеины были очищены и смешаны. Лишь в двух случаях наблюдалась самосборка одного протеинового куба и одного такого же тетраэдра.
Таким образом, авторы не только предложили общий расчётный метод для конструирования белковых структур с заданной геометрией на наноуровне, но и сами синтезировали два белковых каркаса, подходящих для транспортировки лекарственных средств. Отчёт о работе представлен в журнале Science — см. статью 1 и статью 2.
Удручает только слишком низкий выход теоретической модели: всего две из 40 теоретически предсказанных пептидных структур.