Struttura del nanocristallo di cloruro di cadmio
Nel mondo naturale, le proteine utilizzano il processo di biomineralizzazione per incorporare elementi metallici nei tessuti, usandolo per creare materiali diversi come conchiglie, i denti, e ossa. Però, il modo in cui le proteine effettivamente lo fanno non è ben compreso.
Ora, in una ricerca pubblicata in Angewandte Chemie Edizione Internazionale , scienziati del gruppo di Kam Zhang del RIKEN Center for Life Science Technologies (CLST) e del gruppo di Jeremy Tame della Yokohama City University in Giappone hanno utilizzato una proteina progettata artificialmente per creare un nanocristallo di cloruro di cadmio, il cristallo più piccolo riportato finora, composto da soli 19 atomi, inseriti tra due copie della proteina.
Nel 2014, i gruppi hanno annunciato lo sviluppo di una proteina artificiale, chiamato Pizza6, che assomiglia molto a una pizza tagliata in sei fette identiche. L'obiettivo dei gruppi era quello di progettare nuove proteine, che non esistono in natura, che potessero essere utilizzate per una varietà di usi. Proteine come la pizza, con il suo alto grado di simmetria, non esistono naturalmente, ma poiché possono essere creati artificialmente, sono impalcature attraenti per la creazione di nuovi biomateriali ibridi adatti a una varietà di scopi come il confezionamento di farmaci e la consegna alle cellule, o anche biorisanamento di metalli pericolosi nell'ambiente.
Nella ricerca attuale, la proteina Pizza è stata modificata introducendo un sito di legame metallico. Secondo il primo autore Arnout Voet, che ha svolto il lavoro di progettazione e costruzione delle proteine, "Il nostro impulso iniziale è stato quello di progettare siti di legame al metallo per controllare l'autoassemblaggio delle nostre proteine simmetriche progettate. Abbiamo usato metodi computazionali per trovare un modo razionale per incorporare un sito di legame al metallo nella proteina Pizza che avevamo progettato in precedenza, sulla base dell'idea che questo potrebbe consentirci di controllare facilmente l'assemblaggio delle proteine. Riteniamo che questo ci darebbe un nuovo strumento per costruire nuove proteine da zero utilizzando reagenti metallici molto economici".
Struttura di una pizza proteica
Infatti, quando le proteine sono state modificate per avere un sito di legame metallico e poi poste in una soluzione di cloruro di cadmio, i ricercatori hanno scoperto che i trimeri della proteina si legherebbero spontaneamente insieme. Utilizzando l'impianto di sincrotrone SPring-8 di RIKEN ad Harima e in altre strutture, analizzarono la struttura a livello atomico e scoprirono, interessante, che gli atomi di cadmio e cloruro avevano formato un minuscolo reticolo - una struttura cristallina - inserito tra due "pizze".
Secondo l'autore corrispondente Kam Zhang, che ha guidato il team RIKEN, "Eravamo molto entusiasti di vedere la formazione del cristallo, in quanto fornisce approfondimenti sul processo di biomineralizzazione, il processo attraverso il quale la natura incorpora elementi metallici nei tessuti per formare strutture come conchiglie, i denti, e ossa. I nostri risultati indicano la fattibilità dell'utilizzo di proteine simmetriche progettate razionalmente per biomineralizzare i nanocristalli. Raggiungere ciò potrebbe consentirci di realizzare un'ampia gamma di nano-dispositivi come i biofarmaci, biosensori, interruttori azionati dalla luce, ed enzimi sintetici dal basso verso l'alto."
"Abbiamo molte idee su come questo potrebbe essere ulteriormente utilizzato, " lui continua, "e continuerà a sperimentare per trovare nuove proprietà in queste proteine progettate artificialmente".
