Сконструированные белки формируют провода и решетки на минеральной поверхности

Москва, 14:30, 11 Июл 2019, редакция FTimes.ru, автор Евгения Ковалева.

Ученые из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории и Вашингтонского университета совершили фундаментальное открытие в сфере нанесения сконструированных белков на небиологические поверхности. Из созданных с нуля искусственных протеинов на слюде собрали разные структуры, демонстрируя контроль над взаимодействием элементов.

Целью исследования было изготовление искусственных белков для самосборки на кристаллической поверхности за счет соответствия структур аминокислот и кристалла, сообщает sciencedaily.com. Способность программировать эти взаимодействия позволит получать новые биомиметические материалы с заданными цветами, химической реактивностью и механическими свойствами. Они послужат основой для наномерных фильтров, солнечных батарей или микросхем.

Выводы проекта представлены в журнале Nature.

«Биология обладает уникальными организационными способностями, — сказал соавтор работы Харли Пайлс из ВУ. – Используя белки, мы можем создать новые биомолекулы, собирающиеся из атомарных и миллиметровых структур. В этом случае слюда, натуральный кристалл, служит большим основанием, на котором выстраивается протеиновый конструктор».

На проект ученых вдохновили белки, взаимодействующие со льдом. В молекулярном масштабе он плоский, содержит четкую, жесткую структуру молекул воды. В природе белки приходят в соответствие с рельефом, чтобы прикрепиться ко льду.

Команда использовала вычислительный молекулярный дизайн для разработки новых протеинов с заданными схемами электрических зарядов на поверхности. Как если бы они были наномерными Lego-блоками, идеально подходящими к слюдяному основанию. Синтетические гены, кодирующие белки, поместили в бактерии. Они обеспечили массовое производство протеинов в лаборатории. Ученые обнаружили, что узоры, формирующиеся на слюдяной поверхности, зависят от дизайна вещества. Меняя части белка, они получали сотовые решетки, в которых могли настроить диаметр пор.

«Это – поворотный момент в изучении зоны взаимодействия протеинов и материалов, — сказал профессор Дэвид Бейкер из ВУ. – Мы получили беспрецедентную степень упорядоченности, заставив элементы самособираться в ряды наностержней, шестигранные решетки и нанопровода, толщиной одну молекулу».

Процесс позволит создавать новые, не встречающиеся в природе материалы, изменить стратегии синтеза полупроводников, металлических наночастичных микросхем для фотоэлектрических устройств и систем хранения энергии.