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研究人员在黄金的帮助下创造了“不可能”的纳米级蛋白质笼子

发布时间:2019-05-14 15:53:22 来源:

来自国际合作的研究人员成功地创造了一种“蛋白质笼” - 一种可用于将药物输送到身体特定部位的纳米级结构 - 可以很容易地组装和拆卸,但也非常耐用,可以煮沸和其他极端条件。他们通过探索自然界中没有的几何形状来做到这一点,但让人联想到伊斯兰艺术中的“矛盾几何”。

角色扮演游戏玩家 - 至少是那些在数字时代之前玩过的游戏玩家 - 都意识到控制骰子形状的限制; 尝试通过用三角形替换正方形面来制作六面模具,你会留下一些可怕的扭曲,当然不公平。这是因为有严格的几何规则来控制这些所谓的隔离物的组装。同样在自然界中,在纳米级别发现了等面结构。这些蛋白质笼通常由许多蛋白质亚基制成并具有中空内部,执行许多重要任务。最着名的例子是病毒,其中蛋白质笼作为病毒遗传物质进入宿主细胞的载体。

就合成生物学家而言,他们对制造人造蛋白质笼子感兴趣,希望能够赋予它们有用和新颖的特性。实现这一目标有两个挑战。第一个是几何问题 - 一些候选蛋白质可能具有很大的潜在用途,但是由于它们具有错误的形状而组装成笼子而被自动排除。第二个问题是复杂性 - 大多数蛋白质 - 蛋白质相互作用是通过弱化学键的复杂网络介导的,这些化学键很难从头开始设计。

这项新研究始于日本RIKEN的Heddle Initiative研究部门,并转移到波兰Jagiellonian大学Malopolska生物技术中心。研究人员找到了解决这两个问题的方法。“基于单个金原子的配位,我们能够用简单的'主食'取代蛋白质之间复杂的相互作用。” 该研究的高级作者Jonathan Heddle教授解释道。“这简化了设计问题,使我们可以根据需要为笼子灌输新的属性,例如装配和拆卸。”

该研究还找到了解决几何问题的方法:“我们蛋白质笼的构建块是11元环。” 该论文的第一作者Ali Malay说,他目前在RIKEN可持续资源科学中心工作。“从数学上讲,这种形状应该被禁止形成对称的多面体。” 然而,研究人员发现,由于固有的灵活性,蛋白质复合物可以基于近乎完美的几何重合实现以前前所未有的构造。“现在可以考虑以前被忽略的蛋白质,因为它们具有'错误'的形状。” 马来人说。

这项工作的影响是深远的。“我们和我们的合作者一起发现的只是第一步,”Heddle说,他希望可以进一步扩展这项工作,生产具有新结构和新功能的网箱,并研究特别是药物输送的潜在应用。

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