«Антитела имеют действительно эффективный архитектурный дизайн: структурный каркас, который в значительной степени остается неизменным, будь то змеиный яд или простуда, и бесконечно изменяющиеся функциональные петли, связывающие иностранных захватчиков», — говорит Рон Цукерманн, старший научный сотрудник лаборатории Беркли. Молекулярное литейное производство. "Мы воспроизвели это здесь с помощью двумерного каркаса из нанолиста, покрытого маленькими функциональными петлями, такими как липучка."
Цукерманн, директор отделения биологических наноструктур Molecular Foundry, является автором статьи, в которой представлены эти результаты в ACS Nano под названием «Антитело-миметические пептоидные нанолисты для распознавания молекул»."Соавторы статьи Gloria K. Оливье, Эндрю Чо, Бабак Сани, Майкл Д. Коннолли и Хелен Тран.

Каркасы нанолистов Zuckermann самостоятельно собираются из пептоидов — синтетических, биологических полимеров, способных складываться в белковые структуры. Подобно бусинам на нитке, каждая молекула пептоида представляет собой длинную цепочку небольших молекулярных единиц, расположенных в определенном порядке. В более ранней работе Цукерманн показал, как некоторые простые пептоиды могут складываться в нанолисты толщиной всего несколько нанометров, но до ста микрометров в поперечнике — размеры эквивалентны пластиковому листу толщиной в один миллиметр размером с футбольное поле.
«Причина, по которой формируются нанолисты, заключается в том, что для этого есть код, запрограммированный непосредственно в пептоиды», — говорит Цукерманн. "В данном случае это, по общему признанию, довольно элементарная программа, но она показывает, как это сделать, если ввести хоть немного информации о последовательности: Бум!

Вы можете сделать нанолист."
Чтобы создать функциональные петли на нанолистах, исследователи вставляют короткие молекулярные сегменты в пептоидные полимеры, образующие нанолист. Поскольку пептоиды срастаются в листы, вставленные сегменты исключаются из складки, вместо этого выталкиваются в петли на поверхности нанолиста.

Функциональные петли могут быть запрограммированы на выборочное связывание определенных ферментов или неорганических материалов, что делает новый материал многообещающим для химического зондирования и катализа.
«Преимущество здесь в том, что мы можем производить эти материалы с очень высоким выходом», — говорит Глория Оливье, научный сотрудник и ведущий автор статьи. «Мы заимствуем идею объединения определенной последовательности мономеров, которую природа использует для создания трехмерных белковых структур, и применяем ее в мире неприродных материалов, чтобы создать действительно полезный материал, который может сам собираться."

Исследователи продемонстрировали гибкость своего метода, создав нанолисты с петлями разного состава, длины и плотности; они сделали нанолисты, которые могут извлекать определенные ферменты из раствора, вызывая химические изменения, которые можно обнаружить стандартными методами, и другие, которые селективно связываются с металлическим золотом, вызывая рост наночастиц золота и пленок.
«Пептоиды могут выдерживать гораздо более суровые условия, чем пептиды, их аналог в природе», — говорит Оливье. "Поэтому, если вы хотите создать диагностическое устройство, которое можно взять с собой за пределы лаборатории, или устройство, которое может проверять биомаркеры в присутствии смеси белков, таких как протеазы, пептоиды — отличный выбор."

Не ограничиваясь захватывающими приложениями, Цукерманн отмечает, что эта работа представляет собой важный шаг на пути к распространению правил сворачивания белков на мир синтетических материалов.
Цукерманн говорит: «Вот в чем заключается вся моя исследовательская программа: изучение богатства информации о химических последовательностях, обнаруженной в биологии, для создания новых типов передовых синтетических материалов. Мы действительно только начинаем царапать поверхность."