В дизайне и построении белковых наноструктур с определённой геометрией и беспрецедентной точностью — прорыв. Новый подход, явленный специалистами из Вашингтонского университета в Сиэтле и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (оба США), может открыть путь к широкому спектру протеиновых наноматериалов с предопределённой архитектурой для применения в разработке вакцин и направленной доставке лекарств.

Основываясь на результатах компьютерного моделирования, исследователи создали две белковые архитектуры: куб, состоящий из 24 отдельных структурных блоков, и тетраэдр из 12 блоков. Компьютерное моделирование использовалось для поиска таких комбинаций пептидных тримеров (8 в одном случае и 4 в другом) и их взаиморасположения в кубе и тетраэдре, при которых была бы возможной самосборка желаемых симметричных архитектур. Одним из критериев симуляции была выбрана возможность достижения наименьшей энергии протеин-протеинового взаимодействия.

Для самых многообещающих комбинаций учёные провели более детальный анализ аминокислотных последовательностей, для которых тримеры могли бы способствовать увеличению вероятности образования более прочных протеиновых интерфейсов.

Рис. 1. Тетраэдрическая протеиновая капсула для транспортировки лекарств (в центре). Каждый протеин обозначен своим цветом. (Иллюстрация Todd Yeates, Yen-Ting Lai / UCLA Chemistry and Biochemistry).

Используя 271 начальную комбинацию протеинов в строительных блоках, компьютер перебрал сотни тысяч вариантов.

В итоге было отобрано 40 версий пептидного дизайна, которые затем тестировались «вживую», с использованием синтезированных с помощью генетически измененных бактерий белковых последовательностей.

После этого полученные протеины были очищены и смешаны. Лишь в двух случаях наблюдалась самосборка одного протеинового куба и одного такого же тетраэдра.

Таким образом,

авторы не только предложили общий расчётный метод для конструирования белковых структур с заданной геометрией на наноуровне, но и сами синтезировали два белковых каркаса, подходящих для транспортировки лекарственных средств. Отчёт о работе представлен в журнале Science.

Удручает только слишком низкий выход теоретической модели: всего две из 40 теоретически предсказанных пептидных структур.