I fisici dell'Università di Vienna insieme ai ricercatori dell'Università delle risorse naturali e delle scienze della vita di Vienna hanno sviluppato nanomacchine che ricreano le principali attività delle proteine. Presentano il primo esempio versatile e modulare di un sistema modello mimetico proteico completamente artificiale, grazie al Vienna Scientific Cluster (VSC), un'infrastruttura di calcolo ad alte prestazioni. Queste "proteine ​​bioniche" potrebbero svolgere un ruolo importante nell'innovazione della ricerca farmaceutica. I risultati sono stati ora pubblicati sulla rinomata rivista Lettere di revisione fisica .

Le proteine ​​sono i mattoni fondamentali di tutti gli organismi viventi che attualmente conosciamo. A causa del gran numero e della complessità dei processi biomolecolari di cui sono capaci, le proteine ​​sono spesso chiamate "macchine molecolari". Prendiamo ad esempio le proteine ​​dei muscoli:ad ogni contrazione stimolata dal cervello, un numero incalcolabile di proteine ​​cambiano le loro strutture per creare il movimento collettivo della contrazione. Questo straordinario processo viene eseguito da molecole che hanno una dimensione di solo circa un nanometro, un miliardesimo di metro. La contrazione muscolare è solo una delle numerose attività delle proteine:ci sono proteine ​​che trasportano carichi nelle cellule, proteine ​​che costruiscono altre proteine, ci sono persino gabbie in cui le proteine ​​che "si comportano male" possono essere intrappolate per la correzione, e l'elenco potrebbe continuare all'infinito. "Imitare queste sorprendenti proprietà biomeccaniche delle proteine ​​e trasferirle in un sistema completamente artificiale è il nostro obiettivo a lungo termine", afferma Ivan Coluzza della Facoltà di Fisica dell'Università di Vienna, che lavora a questo progetto insieme ai colleghi dell'Università delle risorse naturali e delle scienze della vita di Vienna.

Simulazioni grazie a Vienna Scientific Cluster (VSC)

In un recente articolo in Lettere di revisione fisica , il team ha presentato il primo esempio di un sistema modello biomimetico completamente artificiale in grado di auto-annodarsi spontaneamente in una struttura bersaglio. Utilizzando simulazioni al computer, hanno decodificato le proteine ​​concentrandosi sugli elementi chiave che danno loro la capacità di eseguire il programma scritto nel codice genetico. Le simulazioni computazionalmente molto intense sono state rese possibili dall'accesso al potente Vienna Scientific Cluster (VSC), un'infrastruttura di calcolo ad alte prestazioni gestita congiuntamente dall'Università di Vienna, l'Università di Tecnologia di Vienna e l'Università di Risorse Naturali e Scienze della Vita di Vienna.

Proteine ​​artificiali in laboratorio

Il team ora lavora alla realizzazione di tali proteine ​​artificiali in laboratorio utilizzando nanoparticelle appositamente funzionalizzate. Le particelle saranno poi collegate in catene seguendo la sequenza determinata dalle simulazioni al computer, tale che le proteine ​​artificiali si piegano nelle forme desiderate. Tali nanostrutture annodate potrebbero essere utilizzate come nuovi veicoli stabili per la somministrazione di farmaci e come enzima, ma più stabile, catalizzatori.