In una svolta che potrebbe portare a una nuova classe di materiali con funzioni che si trovano solo nei sistemi viventi, scienziati dell'Università della California, Berkeley, hanno trovato un modo per mantenere attive alcune proteine ​​al di fuori della cellula. I ricercatori hanno utilizzato questa tecnologia per creare tappetini in grado di assorbire e intrappolare l'inquinamento chimico.

Nonostante anni di sforzi per stabilizzare le proteine ​​al di fuori dei loro ambienti nativi, gli scienziati hanno compiuto progressi limitati nella combinazione di proteine ​​con componenti sintetici senza compromettere l'attività delle proteine. Il nuovo studio mostra un percorso verso lo sfruttamento del potere delle proteine ​​al di fuori della cellula, dimostrando un modo unico per mantenere le proteine ​​attive in ambienti sintetici. I materiali presentati nello studio potrebbero consentire reazioni biochimiche su richiesta laddove una volta non erano fattibili.

"Pensiamo di aver decifrato il codice per interfacciare sistemi naturali e sintetici, " ha detto l'autore dello studio Ting Xu, un professore di Berkeley presso il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali e il Dipartimento di Chimica, il cui laboratorio ha condotto i lavori.

Lo studio sarà pubblicato nel numero del 16 marzo della rivista Scienza . La ricerca è stata supportata da sovvenzioni del Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti. I collaboratori della Northwestern University sono stati supportati dal Department of Energy e dalla Sherman Fairchild Foundation. I collaboratori dell'Università di Lione e dell'Air Force Laboratory hanno ricevuto sostegno dal programma Fulbright e dall'istituto Miller.

Il problema con le proteine ​​è che sono pignoli. Rimuovili dai loro ambienti nativi e probabilmente cadranno a pezzi. Per funzionare correttamente, le proteine ​​devono ripiegarsi in una struttura specifica, spesso con l'aiuto di altre proteine. Per vincere questa sfida, Il laboratorio di Xu ha analizzato le tendenze nelle sequenze e nelle superfici proteiche per vedere se potevano sviluppare un polimero sintetico che fornisse tutte le cose di cui una proteina avrebbe bisogno per mantenere la sua struttura e funzione.

"Le proteine ​​hanno un modello statistico molto ben definito, quindi se riesci a imitare quel modello, allora puoi sposare i sistemi sintetico e naturale, che ci permette di realizzare questi materiali, " disse Xu.

Il laboratorio di Xu ha quindi creato eteropolimeri casuali, che chiamano RHP. Gli RHP sono composti da quattro tipi di subunità monomeriche, ciascuno con proprietà chimiche progettate per interagire con macchie chimiche sulla superficie delle proteine ​​di interesse. I monomeri sono collegati per imitare una proteina naturale per massimizzare la flessibilità delle loro interazioni con le superfici proteiche. Le RHP agiscono come proteine ​​non strutturate, comunemente visto all'interno delle cellule. Hanno aumentato il ripiegamento delle proteine ​​di membrana in acqua durante la traduzione delle proteine ​​e hanno preservato l'attività delle proteine ​​idrosolubili nei solventi organici.

I ricercatori della Northwestern University hanno eseguito ampie simulazioni molecolari per dimostrare che l'RHP interagirebbe favorevolmente con le superfici proteiche, avvolgere superfici proteiche in solventi organici e debolmente in acqua, portando a un corretto ripiegamento e stabilità delle proteine ​​in un ambiente non nativo.

I ricercatori hanno quindi testato se possono utilizzare un RHP per creare materiali a base di proteine ​​per il biorisanamento di sostanze chimiche tossiche, che sono stati finanziati per fare dal Dipartimento della Difesa. I ricercatori hanno mescolato RHP con una proteina chiamata idrolasi organofosforica (OPH), che degrada gli organofosfati tossici presenti negli insetticidi e negli agenti di guerra chimica.

I ricercatori hanno utilizzato la combinazione RHP/OPH per realizzare stuoie in fibra, immerse i tappetini in un noto insetticida e scoprì che i tappetini degradavano una quantità di insetticida pari a circa un decimo della fibra totale in pochi minuti. Questo apre le porte alla creazione di tappetini più grandi che potrebbero assorbire sostanze chimiche tossiche in luoghi come le zone di guerra.

"Il nostro studio ha indicato che l'approccio dovrebbe essere applicabile ad altri enzimi, "Xu ha detto. "Questo potrebbe rendere possibile avere un laboratorio di chimica portatile in materiali diversi."