Конструируем белковые комплексы с точностью до атома
Программа поможет собирать «белковый конструктор»
Ученые создали технологию компьютерного конструирования белковых комплексов de novo. Она позволит создавать из полипептидов искусственные структуры, обладающие заранее рассчитанными свойствами. Работа опубликована в журнале Science (King et al., Computational Design of Self-Assembling Protein Nanomaterials with Atomic Level Accuracy).
Работа состоит из нескольких этапов. Во-первых, исследователи выбирают тип симметрии желаемого комплекса. Затем в соответствии с ним подбирается полипептид, который станет «строительным блоком» будущей структуры. Им могут стать разные белки, которые не обязательно образуют комплексы в природе. Единственное ограничение – структура белков должна содержать элементы симметрии, соответствующие симметрии комплекса.
На следующем этапе собирается первоначальная структура, элементы которой затем тщательно подгоняются друг к другу. На завершающей стадии ученые вставляют в последовательность полипептидов такие аминокислоты, которые будут образовывать связи между контактирующими поверхностями.
В качестве иллюстрации возможности разработанной технологии авторы создали два комплекса размерами 13 и 11 нанометров. Один из них обладал октаэдрической симметрией и содержал 24 субъединицы, а другой имел тетраэдрическую симметрию и включал 11 субъединиц.
Ученые клонировали гены разработанных белков, ввели их в рекомбинантные микроорганизмы, получили комплексы и установили их строение методом рентгеноструктурного анализа. Положение атомов в комплексах практически не отличалось от предсказанного программой.
Схема создания белкового «конструктора».
Сначала выбирается тип симметрии, затем рабочий блок,
производится сборка, подгонка и в конце – дизайн взаимосвязей.
Изображение из статьи King et al.
Ранее эта же группа ученых смогла рационально изменить структуру двух белков так, чтобы они связывались с поверхностью вируса гриппа.
Разработанная технология важна для понимания связи между аминокислотной последовательностью белка и его структурой. Кроме того, она представляет собой альтернативу созданию комплексов из нуклеиновых кислот с помощью метода ДНК-оригами (или сборке комплексов из коротких олигонуклеотидов). Подобные структуры исследователи надеются применить для создания молекулярных нанороботов. Структуры из белков могут оказаться более практичными, чем из ДНК, так как пептиды обладают большим разнообразием химических свойств и потенциально должны быть более устойчивы к неблагоприятным внешним условиям.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
04.06.2012