infos.ro

Motoare moleculare: axe și rotoare minuscule făcute din proteine ​​ar putea alimenta mașinile moleculare

Autor:, www.newscientist.com

Cercetătorii au proiectat proteine ​​care se autoasamblează în părți minuscule ale mașinii pentru a fi utilizate în motoarele moleculare


Tehnologie


21 aprilie 2022

Escherichia Coli (E. Coli.) celule sau bacterii la microscop;  ID Shutterstock 1417926962;  buy_order: 21 aprilie online;  job: Foto;  client: NS;  alte:

Motoarele moleculare au fost create în interiorul bacteriilor E. coli

Shutterstock / bec cu fuzibil

Primele componente ale unui motor molecular – axe auto-asamblate și rotoare realizate din proteine ​​special concepute – au fost create în întregime de la zero.

„Începem foarte simplu”, spune Alexis Courbet la Universitatea din Washington din Seattle. Dar, pe măsură ce el și echipa sa creează mai multe piese, va deveni posibil să le combine în tot mai sofisticate nanomasiniel spune.

„Ar putea exista într-adevăr un număr incredibil de aplicații”, spune David Baker, membru al echipei și la Universitatea din Washington. De exemplu, nanomașinile ar putea fi folosit într-o zi pentru a desfunda arterele sau pentru a repara celulele deteriorate, spune el.

Există deja nenumărate mașini moleculare pe Pământ. Organismele vii sunt formate în esență din mașini de proteine, inclusiv nenumărate forme de motoare rotative, cum ar fi „coada” sau flagelul unor bacterii.

Dar pentru că aceste mașini existente au fost optimizate prin evoluție în scopuri specifice, este greu să le adaptezi pentru alte sarcini, spune Baker. „Ceea ce am descoperit este că, dacă te întorci pentru a începe și încerci să proiectezi totul de la primele principii, poți ajunge mult, mult mai departe.”

Pentru a realiza acest lucru, Courbet, Baker și colegii lor au conceput noi proteine, care nu se găsesc în natură.

Proteinele sunt lanțuri de aminoacizi. Proteinele naturale sunt formate din aproximativ 20 de aminoacizi diferiți, iar secvența de aminoacizi dintr-un lanț determină structura proteinei. Prezicerea în ce formă se va plia o anumită secvență a fost o provocare majoră pentru biologi timp de zeci de ani, dar recent s-au înregistrat progrese uriașe datorită software-ului de învățare profundă.

Courbet a proiectat mai multe versiuni diferite de osii și rotoare folosind o suită de software numită Rosetta dezvoltat de grupul lui Baker. Această suită include RoseTTAFold, care este similar cu sistemul AlphaFold dezvoltat de compania de inteligență artificială DeepMind din Marea Britanie.

Echipa a realizat piesele mașinii introducând codificarea ADN-ului pentru proteinele personalizate E coli bacterii și apoi le-a verificat structura folosind o metodă numită microscopie electronică criogenică.

Acest lucru a arătat că osiile asamblate corect în interiorul rotoarelor și, de asemenea, a dezvăluit diferitele configurații la care ar fi de așteptat dacă osiile ar fi rotit. Dar, deoarece microscopia electronică criogenică poate oferi doar o serie de fotografii, mai degrabă decât o imagine în mișcare, echipa nu poate spune cu siguranță dacă axele se rotesc.

Dacă sunt, ar fi doar o mișcare aleatorie dus-întors condusă de molecule care se lovesc unele de altele, un fenomen numit Mișcarea browniană. Echipa proiectează acum mai multe componente pentru a conduce mișcarea într-o singură direcție și pentru a crea un motor rotativ, spune Baker.

„Sunt destul de uimit”, spune John Moult la Universitatea din Maryland. „Din câte știu eu, este prima dată când cineva se apropie de proiectarea unei mașini de proteine.”

Grupuri, inclusiv Baker’s au a conceput noi proteine ​​unice înainte, spune Moult, dar nu asamblari atât de complexe.

„Sunt foarte impresionat de detaliile structurale cu care grupul Baker a construit acest ansamblu rotativ de proteine”, spune Pierre Stömmer la Universitatea Tehnică din München, Germania. „Voi aștepta cu nerăbdare să văd cum va implementa grupul o intrare de energie în sistem pentru a conduce mișcarea într-o direcție.”

Stömmer a făcut parte dintr-o echipă care a dezvăluit-o anul trecut un piston din ADN, și alte două grupuri au creat, de asemenea, mașini în mișcare făcute din ADN, spune el. „Voi spune, totuși, că domeniul de proiectare a proteinelor de novo se recuperează rapid și ar putea depăși domeniul ADN în curând.”

Atât mașinile bazate pe ADN, cât și pe proteine ​​ar putea ajunge să fie folosite, spune Stömmer.

„Din punctul meu de vedere, proiectarea și producerea de proteine ​​și alte molecule care fac lucruri va fi o industrie majoră care va avea efecte majore asupra vieții noastre”, spune Moult. „Nu este încă acolo, cu excepția prafurilor de spălat mai bune.”

Referința jurnalului: Ştiinţă, DOI: 10.1126/science.abm1183

Mai multe despre aceste subiecte:

You might also like