Выдающиеся биомеханические свойства амилоидных тяжей делают их идеальным материалом для инженерно-нанотехнологических фантазий.

Термин «амилоид» у большинства людей ассоциируется с болезнью Альцгеймера. Действительно, амилоидные отложения служат причиной множества тяжёлых и неизлечимых недугов, и болезнь Альцгеймера лишь одно из них.

Но амилоидные структуры не обязательно признак патологии, порой они являются следствием нормального функционирования организма, от бактерий до млекопитающих, выполняя в нём некие полезные функции.

В журнале Nature Nanotechnology Туомас Ноулис из Кембриджского университета (Великобритания) и Маркус Бюхлер из Массачусетского технологического института (США), попробовав иначе взглянуть на существование амилоидов, предлагают различные биоинженерные направления, в которых они могут найти себе применение.

Рис. 1. Амилоидная «нанопроволока» в мозгу больного синдромом Альцгеймера (фото Dr Huntington Potter).

Всякий белок имеет уникальную пространственную структуру, которую он приобретает в процессе сворачивания, или фолдинга. Она определяет всю жизнь белковой молекулы, с чем, как и когда она взаимодействует. Но у многих белков трёхмерное строение может слегка измениться таким образом, что их молекулы начинают необратимо взаимодействовать друг с другом, формируя плотные отложения. Стоит образоваться «начальной точке» этого процесса, как в него начнут вовлекаться всё новые и новые молекулы, плотные нерастворимые амилоидные тяжи растут и постепенно отравляют клетку, и если это происходит в нейронах головного мозга, мы получаем какое-нибудь нейродегенеративное заболевание.

Но физико-химические характеристики амилоидов таковы, что позволяют приспособить их к выполнению некоторых специфических функций.

Они необычайно устойчивы к различного рода повреждениям, что делает их удобными структурным материалом.

Некоторые бактерии, в том числе кишечная палочка Escherichia coli, используют амилоидные отложения для прикрепления к поверхности или соединения клеток в колонии.

Кроме своей устойчивости, амилоидные тяжи отличаются большой гибкостью, что делает их действительно удобным материалом для создания клеточной основы, в том числе в клеточных культурах.

Авторы статьи проанализировали структуру амилоидов и пришли к выводу, что она даёт белковым тяжам прочность, позволяющую поспорить с шёлковой нитью.

При создании искусственных амилоидов первоочередной задачей будет научить обычные белки формировать эти прочные структуры «на заказ».

По словам исследователей, этого можно добиться, введя в белковую молекулу ион металла: он подтолкнёт белок к образованию нужной структуры, не изменив её механических свойств. Где их применить? — За этим дело не станет; исследователи не скупятся на идеи. Кроме обычных биологических задач вроде создания подложки-матрикса, на которой смогут расти культуры клеток, они предлагают делать из амилоидов едва ли не нанопроволоку, организовывать с их помощью направленный рост полимеров при создании органических солнечных элементов, контролировать посредством амилоидных структур адресную доставку лекарств в ткани, а ещё заживлять раны, использовать в водоотталкивающем покрытии и т. д.

Безусловно, выдающиеся механические свойства амилоидных тяжей провоцируют инженерную фантазию, но всё-таки стоит заранее подумать, как нормальные живые клетки перенесут встречу с амилоидной нанопроволокой.

Результаты исследований опубликованы в статье:

Tuomas P. J. Knowles & Markus J. Buehler Nanomechanics of functional and pathological amyloid materials. – Nature Nanotechnology. – 6. – P. 469–479 (2011); doi:10.1038/nnano.2011.102; Published online 31 July 2011.