Исследователи из Университета Дьюка расшифровали участок генетического кода, который отвечает за самосборку и разборку белков в ответ на стимулы окружающей среды, такие как изменения температуры, солёности или кислотности. Теперь учёные смогут создавать биологические структуры, которые будут легко программироваться на самостоятельную сборку и разборку.

Как сообщают авторы исследования в статье, опубликованной в журнале Nature Materials, технология открывает новые возможности в сферах нанотехнологий, биотехнологий и медицинских процедур.

«Очень простые правила реструктури биологических структур оказались мощным инженерным инструментом во многих работах в сфере биомедицины и биотехнологий. Теперь мы можем буквально по щелчку — изменив, к примеру, температуру среды — заставлять собираться и разбираться различного рода биомолекулы», — рассказывает ведущий автор исследования Ашутош Чилкоти (Ashutosh Chilkoti), заведующий кафедрой биомедицинской инженерии в Университете Дьюка.

Учёные изучали разные стимулы, заставляющие белковые структуры собираться и разбираться вновь, однако своё внимание исследователи сосредоточили на тепле. Дело в том, что контролировать нужные процессы внутри живого организма безопаснее при помощи температуры, нежели посредством изменения кислотности или солёности среды.

Отметим, что

самособирающиеся белковые структуры, которые остаются стабильными в кровотоке, уже давно используются в биотехнологиях. Однако, как заставить белки самостоятельно разбираться «по команде», учёные долгое время не могли понять — особенно, как это сделать за пределами тщательно контролируемой среды химической лаборатории.

Группа Чилкоти вот уже несколько лет занимается разработкой самособирающихся белков для систем целевой доставки лекарств. Учёные получили биологические структуры, которые собираются при повышении температуры или изменении кислотности среды и позволяют контролировать место и время выпуска лекарственного препарата. Новое же открытие даст возможность заключать медикаменты в белковые ловушки, которые могут накапливаться, например, внутри опухоли, и затем растворяться при нагреве.

Такой подход хорош ещё и тем, что не только обеспечивает более точный способ доставки лекарств, но и позволяет сами белковые оболочки использовать в терапевтических целях, утверждают разработчики.

«Почти всегда биоинженеры создают инертные упаковки для целевой доставки лекарств, однако теперь мы научились делать подобные ловушки из биологически активных компонентов. После того как белковая ловушка достигает цели и доставляет груз, она может трансформироваться в дополнительный терапевтический агент», — рассказывает соавтор исследования Фелипе Гарсиа Кирос (Felipe Garcia Quiroz).

Исследование кроме всего прочего предоставляет новые сведения о ежедневных функциях клеток. Учёные выявили генетические последовательности, которые кодируют конкретные этапы самосборки белков, и научились выявлять белки, которые умеют собираться и разбираться естественным путём.