Immagine al microscopio elettronico a trasmissione (TEM) dei nanotubi proteici. Credito:scienze chimiche
I ricercatori del Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) hanno costruito nanotubi proteici da minuscoli scaffold realizzati mediante reticolazione di cristalli proteici ingegnerizzati. Il risultato potrebbe accelerare lo sviluppo di enzimi artificiali, vettori e sistemi di consegna di dimensioni nanometriche per una serie di applicazioni biomediche e biotecnologiche.
Un modo innovativo per l'assemblaggio di proteine in nanotubi ben ordinati è stato sviluppato da un gruppo guidato da Takafumi Ueno presso il Dipartimento di Ingegneria Biomolecolare della Tokyo Tech.
Le nanostrutture proteiche su misura sono di grande interesse per la ricerca, in quanto potrebbero essere utilizzati per sviluppare catalizzatori altamente specifici e potenti, sistemi mirati di somministrazione di farmaci e vaccini, e per la progettazione di molti altri biomateriali promettenti.
Gli scienziati hanno dovuto affrontare sfide nella costruzione di gruppi proteici in soluzione acquosa a causa dei modi disorganizzati in cui le proteine interagiscono liberamente in condizioni variabili come il pH e la temperatura.
Il nuovo metodo, riportato sul giornale Scienze chimiche , supera questi problemi utilizzando cristalli proteici, che fungono da promettente impalcatura per le proteine da autoassemblare nelle strutture desiderate. Il metodo prevede quattro passaggi, come illustrato in Costruzione di nanotubi da cristalli proteici:
Il metodo prevedeva un processo in quattro fasi:1) introduzione di residui di cisteina nella proteina wild-type; 2) cristallizzazione della proteina ingegnerizzata in una struttura reticolare; 3) formazione di un cristallo reticolato; e 4) dissoluzione dello scaffold per rilasciare i nanotubi proteici. Credito:Scienze chimiche
Il sistema cristallino, composto dalla disposizione ordinata di strutture assemblate, rende facile controllare precise interazioni chimiche di interesse mediante la reticolazione per stabilizzare la struttura dell'assieme, un risultato che non può essere ottenuto dalla reticolazione delle proteine in soluzione.
I ricercatori hanno scelto una proteina naturale chiamata RubisCO come elemento costitutivo per la costruzione di nanotubi. Grazie alla sua elevata stabilità, RubisCO potrebbe mantenere la sua forma, e la sua struttura cristallina da ricerche precedenti lo aveva raccomandato per questo studio.
Utilizzando l'imaging al microscopio elettronico a trasmissione (TEM) presso la divisione di analisi dei biomateriali di Suzukakedai di Tokyo Tech, il team ha confermato con successo la formazione dei nanotubi proteici.
Lo studio ha anche dimostrato che i nanotubi proteici potrebbero conservare la loro capacità enzimatica.
"Il nostro metodo di reticolazione può facilitare la formazione dell'impalcatura cristallina in modo efficiente nella posizione desiderata (siti specifici di cisteina) all'interno di ciascun tubo del cristallo, " dice Ueno. "Attualmente, da più di 100, 000 strutture cristalline proteiche sono state depositate nella banca dati Protein, il nostro metodo può essere applicato ad altri cristalli proteici per la costruzione di assemblaggi proteici supramolecolari, come gabbie, tubi, fogli."
Il nanotubo in questo studio può essere utilizzato per varie applicazioni. Il tubo fornisce l'ambiente per l'accumulo delle molecole esogene che possono essere utilizzate come piattaforme di somministrazione nei settori farmaceutici. Il tubo può anche essere potenziale per la catalisi perché il blocco costitutivo della proteina ha l'attività enzimatica in natura.
