Работа, которая будет опубликована в октябре. 14, в журнале Nature Communications, может привести к созданию новых типов биологических датчиков, клапанов потока и систем контролируемого высвобождения лекарств, говорят исследователи.
Биомедицинские приложения включают микрофлюидные устройства, которые могут обрабатывать и обрабатывать очень небольшие объемы жидкости, такие как образцы слюны или крови, для диагностики.
«Эта работа представляет собой уникальное слияние областей биомиметических материалов, биомолекулярной инженерии и синтетической биологии», — сказал главный исследователь д-р. Санджай Кумар, доцент кафедры биоинженерии Калифорнийского университета в Беркли. «Мы создали новый класс интеллектуальных белковых материалов, структурные принципы которых вдохновлены сетями, обнаруженными в живых клетках."
Исследовательская группа Кумара намеревалась создать биологическую версию синтетического покрытия, используемого в повседневных жидких продуктах, таких как краска и жидкая косметика, чтобы мелкие частицы не слипались.
Синтетические покрытия часто называют полимерными щетками из-за их щетиноподобного вида при нанесении на поверхность частиц.
Чтобы создать биологический эквивалент полимерной щетки, исследователи обратились к нейрофиламентам, белкам в форме очистителя труб, обнаруженным в нервных клетках.
Действуя как крошечные цилиндрические полимерные щетки, нейрофиламенты вместе собираются в структурную сеть, которая помогает удерживать один конец нервной клетки открытым, чтобы он мог проводить электрические сигналы.
«Мы кооптировали этот белок и превратили его в полимерную щетку, клонировав часть гена, который кодирует одну из щетинок нейрофиламента, и переработали его так, чтобы мы могли прикреплять полученный белок к поверхностям точным и ориентированным способом, а затем экспрессия гена в бактериях для производства белка в больших чистых количествах », — сказал Кумар. «Мы показали, что наша« протеиновая кисть »обладает всеми ключевыми свойствами синтетических кистей, а также рядом преимуществ."
Кумар отметил, что нейрофиламенты являются хорошими кандидатами на роль белковых щеток, потому что они по своей сути являются неупорядоченными белками, названными так потому, что они не имеют фиксированной трехмерной формы. Размер и химическую последовательность этих волосоподобных белков намного легче контролировать по сравнению с их синтетическими аналогами.
«В биологии точность имеет решающее значение», — сказал Кумар. «Белки обычно синтезируются каждый раз с одной и той же последовательностью; длина и биохимический порядок белковой последовательности влияет на все ее свойства, включая структуру и способность связываться с другими молекулами и катализировать биохимические реакции. Такую точность последовательности сложно, если вообще возможно, достичь в лаборатории с помощью инструментов химического синтеза.
Используя точность биологии и позволив бактериальной клетке делать всю работу за нас, мы смогли контролировать точную длину и последовательность щетинок нашей белковой щетки."
Исследователи показали, что протеиновые кисти можно прививать к поверхностям, и что они резко расширяются и сжимаются в ответ на изменения кислотности и солености.
Такие экологически чувствительные материалы часто называют «умными» материалами из-за их способности адаптивно реагировать на определенные раздражители.