Per assemblare nuove macchine biomolecolari, le singole molecole proteiche devono essere installate nel loro sito di funzionamento con precisione nanometrica. I ricercatori della Ludwig Maximilian University hanno ora trovato un modo per farlo. Semaforo verde sull'assemblaggio delle proteine.
La punta finemente affilata del microscopio a forza atomica (AFM) consente di raccogliere singole biomolecole e depositarle altrove con precisione nanometrica. La tecnica è denominata Single-Molecule Cut &Paste (SMC&P), ed è stato sviluppato dal gruppo di ricerca guidato dal fisico della LMU, il professor Hermann Gaub. Nella sua forma iniziale, era applicabile solo alle molecole di DNA. Però, le macchine molecolari responsabili di molti dei processi biochimici nelle cellule sono costituite da proteine, e l'assemblaggio controllato di tali dispositivi è uno dei principali obiettivi della nanotecnologia. Un metodo pratico per farlo non solo fornirebbe nuove intuizioni sul funzionamento delle cellule viventi, ma fornirebbe anche un modo per sviluppare, costruire e utilizzare nanomacchine di design.
In un passo importante verso questo obiettivo, il team LMU ha modificato il metodo per consentire loro di prelevare le proteine da un sito di stoccaggio e posizionarle in posizioni definite all'interno di un'area di costruzione con precisione nanometrica. "In mezzo liquido a temperatura ambiente, le "condizioni meteorologiche" su scala nanometrica sono paragonabili a quelle di un uragano, "dice Mathias Strackharn, primo autore del nuovo studio. Quindi, le molecole da manipolare devono essere saldamente fissate alla punta dell'AFM e mantenute saldamente in posizione nell'area di costruzione.
I segnali stradali dimostrano l'efficienza
Anche le forze che legano le proteine durante il trasporto e l'assemblaggio devono essere sufficientemente deboli da non causare danni, e deve essere strettamente controllato. Per raggiungere questi due obiettivi, i ricercatori hanno utilizzato una combinazione di anticorpi, proteine "zinc-finger" che legano il DNA, e ancore del DNA. "Abbiamo dimostrato la fattibilità del metodo riunendo centinaia di molecole GFP fluorescenti per formare un omino verde, come la figura del semaforo che segnala ai pedoni di attraversare la strada, ma alto solo qualche micrometro, "Strackharn spiega.
Con questa tecnica, aspetti funzionali di macchine proteiche complesse, come il modo in cui interagiscono le combinazioni di enzimi diversi, e quanto devono essere vicini tra loro per eseguire reazioni accoppiate - possono essere testati direttamente. Un ulteriore obiettivo è sviluppare assemblaggi multimolecolari artificiali modellati su "cellulosomi" naturali, che potrebbe essere utilizzato per convertire la biomassa vegetale in biocarburanti. Strackharn sottolinea le implicazioni:"Se possiamo costruire in modo efficiente imitazioni di queste 'catene di assemblaggio enzimatico' riunendo singole proteine, potremmo forse dare un contributo significativo allo sfruttamento delle fonti energetiche sostenibili".
