Модифицированная бактерия производит белковые молекулы, самостоятельно складывающиеся в пирамидки.

Что только не складывали ученые с помощью техники ДНК-оригами: крошечные буквы, улыбающиеся физиономии, наноколбы, шкатулки, роботов и множество других полезных (или не очень) вещей. Освоив ДНК в качестве материала для подобных самостоятельно структурирующихся объектов, исследователи обратили свой взор на менее востребованные в этой области белки, фигуры из которых могут оказаться куда более полезными. Природа приспособила белковые молекулы различной формы для самых разнообразных нужд, включая молекулярные «системы распознавания», катализаторы и ингибиторы биологических реакций и многое другое.

Освоение техники создания белковых молекул заданной формы открывает перед учеными захватывающие перспективы.

Рис. 1. Сверхспираль из двух аминокислотных спиралей.

От последовательности аминокислот, из цепочки которых состоит белок, зависит его пространственная структура. Сверхспираль (coiled coil) – структурный элемент, который встречается во всех белковых молекулах. Две аминокислотные спирали (и более) могут закручиваться одна вокруг другой, подобно волокнам каната. Эти спирали «слипаются» за счет взаимного притяжения гидрофобных аминокислот, расположенных на внутренней стороне спирального «завитка».

Рис. 2. Схема самосборки белковой молекулы в форме тетраэдра из цепочки аминокислот.

Ученые разработали 12 спиралей с уникальными гидрофобными участками, каждый из которых мог объединиться только с тем единственным, который был предназначен ему в пару. Соединением между спиралями послужили «шарниры» из четырех аминокислот, обеспечивающие изгиб в различных направлениях. Для производства белка приспособили генетически модифицированные бактерии кишечной палочки.

Молекулы выделенного и очищенного белка тут же начинали складываться в тетраэдры с длиной ребра всего около 5 нм.

Рис. 3.

Провернуть подобный фокус с белком гораздо сложнее, чем с ДНК, поскольку белок не предоставляет таких возможностей для структурного программирования, в отличие от ДНК, последовательность элементов которой однозначно определяет её структуру.

Рис. 4. Белковые пирамидки в свободной форме (вверху) и с присоединенными к одной из вершин наночастицами золота (внизу).

Прикрепление антител к вершинам такой пирамиды позволит адресно доставлять их к определенным клеткам, а заключенные внутри тетраэдра медикаменты можно будет выпустить наружу, разрушив белок (например, путем изменения pH или направленным импульсом света). Разработанная техника также применима для создания других объемных фигур из белковых молекул, практическое получение которых – в дальнейших планах исследователей.