Un team di ricercatori ha verificato che è possibile ingegnerizzare nanofibre a due strati costituite da una fila ordinata di peptidi alternati, e ha anche determinato cosa fa sì che questi peptidi si assemblano automaticamente in questo modello. La scoperta fondamentale solleva la possibilità di creare nanofibre peptidiche "ABAB" su misura con una varietà di applicazioni biomediche.

I peptidi sono piccole proteine, costituito da brevi filamenti di amminoacidi. È noto che i peptidi possono autoassemblarsi in nanofibre composte da fogli beta. Però, che l'autoassemblaggio normalmente coinvolge copie identiche della stessa molecola:la molecola A si connette a un'altra molecola A.

Il nuovo lavoro dimostra non solo che i peptidi alternati possono creare questi fogli beta, in un modello ABAB, ma perché succede.

"Il nostro team ha attinto a simulazioni computazionali, osservazioni di risonanza magnetica nucleare (NMR) e approcci sperimentali per questo lavoro, e ora sappiamo cosa guida la creazione di queste strutture peptidiche alternate, "dice Carol Hall, autore corrispondente di un articolo sul lavoro e Camille Dreyfus Distinguished University Professor of Chemical and Biomolecular Engineering presso la North Carolina State University.

"Questo è importante perché una volta compreso perché i peptidi in queste strutture ABAB si comportano in questo modo, puoi svilupparne di più, "dice Sala.

Per questo studio, i ricercatori hanno lavorato con una coppia di peptidi chiamati CATCH(+) e CATCH(-). Quando introdotto in una soluzione, i peptidi si dispongono in fila, alternando i due peptidi. I peptidi si assemblano anche in due strati di foglietti beta per nanofibra.

Lo studio stesso ha coinvolto tre componenti. Il laboratorio di Greg Hudalla presso l'Università della Florida ha creato i peptidi, ha facilitato il co-assemblaggio dei fogli beta peptidici e ha svolto un lavoro sperimentale che ha fornito una panoramica del sistema e del suo comportamento. Hudalla è coautore del documento ed è professore associato presso il Dipartimento di ingegneria biomedica della famiglia J. Crayton Pruitt di UF.

Nel frattempo, Il team di Anant Paravastu presso la Georgia Tech ha utilizzato l'NMR allo stato solido per misurare le precise posizioni relative di atomi e molecole nei fogli beta del peptide ABAB. Paravastu è co-autore del documento ed è professore associato presso la School of Chemical and Biomolecular Engineering della Georgia Tech.

Infine, Il team di Hall presso NC State ha condotto simulazioni computazionali per determinare cosa stava guidando il comportamento osservato dai ricercatori dell'UF e della Georgia Tech.

Sembra che ci siano molteplici forze in gioco nel guidare l'assemblaggio delle strutture peptidiche alternate. Uno dei due tipi di peptide è caricato negativamente, mentre il secondo tipo è caricato positivamente. Perché positivo e negativo si attraggono, mentre i peptidi della stessa carica si respingono, questo porta all'ordine alternato dei peptidi nel filamento.

Un altro aspetto dell'organizzazione del sistema, l'impilamento, è guidato dai tipi di amminoacidi in ciascun peptide. Nello specifico, alcuni degli amminoacidi in ciascun peptide sono idrofobici, mentre altri sono idrofili. Gli amminoacidi idrofobici, in effetti, vogliono attaccarsi l'un l'altro, che si traduce nell'effetto di "impilamento" a due strati visto nei fogli beta.

"È importante che le diverse forze si bilancino per produrre la struttura di destinazione, " dice Hall. "Se una delle forze molecolari è troppo forte o troppo debole, le molecole potrebbero non dissolversi mai in acqua o potrebbero non riconoscere i loro partner previsti. Piuttosto che una nanostruttura ordinata, le molecole potrebbero formare un pasticcio disorganizzato, o nessuna struttura."

"Siamo interessati a questo perché ci dà uno sguardo sulla natura fondamentale di come questi sistemi possono funzionare, " Dice Hudalla. "Non siamo a conoscenza di sistemi di co-assemblaggio simili in natura che assomiglino al sistema che abbiamo realizzato qui.

"I sistemi di peptidi co-assemblati sono promettenti per le applicazioni biomediche perché possiamo attaccare le proteine ​​ai peptidi A o B che hanno qualche utilità specifica. Ad esempio, potremmo creare un'impalcatura peptidica che contenga una serie regolare di enzimi, e quegli enzimi potrebbero fungere da catalizzatori per influenzare la chimica del corpo in aree localizzate".

"Le strutture che stiamo realizzando qui sono impressionanti, ma non sono ancora così precisi e complessi come le strutture biologiche che vediamo in natura, " dice Paravastu. "Per lo stesso motivo, non siamo a conoscenza di strutture naturali che contengono questa struttura peptidica alternata. Questo è un buon inizio. Siamo entusiasti di vedere dove andrà a finire".

"Questo lavoro non sarebbe stato possibile senza attingere alle diverse aree di competenza di questo gruppo di ricerca, "dice Sala.