نانوابزار زیستی از ساختار پروتئین ها رمزگشایی می نماید - فروشگاه کوچک

به گزارش گروه دانشگاه خبرنگاران، محققان ژاپنی نانوابزار زیستی ساختند که می تواند برای تشخیص ساختار پروتئین ها استفاده گردد. این فناوری می تواند منجر به مهندسی مواد ورقه ای زیست سازگار، ترکیبات حمل نماینده هدفمند دارو و حتی نانوربات های پروتئینی گردد.

مونتاژ پروتئین برای تشکیل ساختار های زیستی منظم لازم است، اما روش مهندسی را برای چنین کاری تصور کنید. این دقیقاً همان چیزی است که محققان در توکیوتک اکنون با سوزن های پروتئینی به آن دست یافته اند. با تنظیم برهمکنش نوک این سوزن ها، آن ها امکان خودآرایی پروتئین ها را در ساختار های شبکه ای، حالت های مونومری منظم و مجموعه های الیافی فراهم کردند و راه را برای ساخت کنترل شده بیشتر این گونه معماری های پروتئینی هموار کردند.

پروتئین ها بلوک های اصلی ساختمان بدن ما هستند. با این حال، با الگو های تاشو و زیرساخت های متعدد، ساختار مولکولی و ماکروسکوپی آن ها پیچیده و متنوع است. مدتی است که دانشمندان در کوشش برای رمزگشایی این ساختار ها بوده اند و به لطف میکروسکوپ فلورسانس (FM)، میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) و AFM با سرعت بالا (HS-AFM) پیشرفت های زیادی حاصل شده است. با این حال، آن ها قادر به مشاهده مستقیم حرکات دینامیکی پروتئین ها در طول مونتاژ نیستند. این موضوع معمولا به علت ساختار پیچیده پروتئین ها است که برای مقدار گیری با روش های موجود بسیار کوچک هستند.

تیمی از محققان مؤسسه فناوری توکیو (توکیوتک)، دانشگاه کیوشو، دانشگاه ناگویا و مؤسسه ملی علوم طبیعی به تازگی یک سوزن تخصصی پروتئین ناهمسانگرد (PN) برای یاری به معین ترکیب پروتئین های ناهمسانگرد مشابه ایجاد نموده اند که به ما یاری می نماید سرنخ هایی در خصوص ریزساختار و مونتاژ آن ها به دست آوریم.

تاکافومی ینو از مؤسسه فناوری توکیو، که این مطالعه را رهبری نموده، فرضیه کار خود را این گونه شرح می دهد، PN ما یک پروتئین سوزنی شکل است که از بدنه سفت و سخت (β-helix)، کلاهک انتهایی (foldon) و یک اتصال موتیف (برچسب هگزا هیستیدین، تگ His-) تشکیل شده است. با اصلاح این PN ها با حذف موتیف تگ His و کلاهک تاشو، می توانیم سه نوع مختلف PN فراوری کنیم. این کار ما را قادر می سازد تا الگو های مختلف مونتاژ و نحوه تغییر آن ها را تنظیم و مشاهده کنیم. این فناوری به ما سرنخ هایی از مکانیک برهمکنش های مختلف پروتئین-پروتئین که در طبیعت می یابیم، می دهد. نتایج این مطالعه در مجله Small منتشر شده است.

در محلول، PN ها به طور خود به خود یک ساختار بسیار پایدار با طول حدود 20 نانومتر و عرض حدود 3.5 نانومتر تشکیل می دهند، این ساختار به مقدار کافی کوچک است که برای ردیابی حرکت چرخشی مولکول های منفرد مناسب بوده و در عین حال از نظر مکانیکی قوی است.

این توانمندی به نوبه خود به این تیم اجازه داد تا فرآیند های پویا درگیر در مونتاژ پروتئین را به وسیله ترکیبی از HS-AFM و شبیه سازی ها آنالیز کند. نتایج نشان داد که شکل گیری ساختار شبکه مثلثی به وسیله حرکات دینامیکی PN راهنمایی می گردد که به تشکیل شبکه های منظم یاری می نماید.

این یافته ها محققان را هیجان زده نموده است که در حال فکر کردن به پیامد های بالقوه آن هستند. این مولکول ها چنان نقش مهمی در سیستم های زیستی بازی می نمایند که درک ساختار آن ها می تواند دانش آن ها را به طور قابل توجهی افزایش دهد. به عنوان مثال، ما می توانیم از این اطلاعات برای ساخت ساختار های فوق مولکولی با طراحی حرکات جمعی پویا پروتئین ها استفاده کنیم. این مفهوم می تواند منجر به مهندسی مواد ورقه ای زیست سازگار، حمل و نقل هدفمند دارو، و حتی نانو ربات های مبتنی بر پروتئین گردد.