Las proteínas son máquinas de la naturaleza. Proporcionan oxígeno para alimentar nuestros músculos, catalizan reacciones que nos ayudan a extraer energía de los alimentos y ahuyentar infecciones de bacterias y virus. Durante décadas, los científicos han buscado formas de diseñar nuevas proteínas que puedan servir proteínas específicaspropósitos en medicina, investigación e industria. Ahora, los investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Carolina del Norte han desarrollado un método que crea nuevas proteínas al unir piezas de proteínas ya existentes.
La técnica, llamada SEWING, está inspirada en mecanismos evolutivos naturales que también recombinan porciones de proteínas conocidas para producir nuevas estructuras y funciones. Este enfoque puede generar un conjunto diverso de estructuras de proteínas con muchas de las características distintivas que las proteínas requieren para llevar a cabofunciones biológicas específicas.
Los hallazgos, publicados hoy en la revista ciencia , podría permitir a los investigadores diseñar proteínas para desempeñar una variedad de roles diferentes en la biología y las enfermedades humanas, tales como catalizadores, biosensores y terapéuticos.
"Ahora podemos comenzar a pensar en la ingeniería de proteínas para hacer cosas que nada más es capaz de hacer", dijo el autor principal del estudio Brian Kuhlman, PhD, profesor de bioquímica y biofísica y miembro del Centro Integral de Cáncer Lineberger de la UNC ".La estructura de una proteína determina su función, así que si vamos a aprender cómo diseñar nuevas funciones, tenemos que aprender a diseñar nuevas estructuras. Nuestro estudio es un paso crítico en esa dirección y proporciona herramientas para crear proteínas que novisto antes en la naturaleza "
En el nivel químico, las proteínas están compuestas de largas cadenas de cientos a miles de subunidades llamadas aminoácidos, los componentes básicos de la vida. La secuencia de estos aminoácidos determina en última instancia la geometría única de cada proteína. Algunas secciones de una proteína pueden plegarsehacia adelante y hacia atrás sobre sí mismo como un abanico de papel; otros podrían estar enrollados firmemente como un resorte. En total, los científicos estiman que el cuerpo humano contiene alrededor de 100,000 proteínas diferentes, cada una el resultado de millones de años de barajadura evolutiva, que culminó en una alineación precisade pliegues, bobinas y surcos necesarios para realizar un trabajo específico en la celda.
Tradicionalmente, los investigadores han utilizado el diseño computacional de proteínas para recrear en el laboratorio lo que ya existe en el mundo natural. Pero en los últimos años, su enfoque se ha desplazado hacia la invención de nuevas proteínas con nuevas funcionalidades. Todos estos proyectos de diseño comienzan con una estructura específica "plan "en mente, y como resultado son limitados. Kuhlman y sus colegas creen que al eliminar las limitaciones de un plan predeterminado y tomar señales de la evolución, pueden crear proteínas funcionales más fácilmente.
Para imitar los mecanismos de la evolución natural de las proteínas, desarrollaron una estrategia de diseño por computadora llamada SEWING Estructura de extensión con gráficos de subestructura nativa. Primero, los investigadores tomaron una serie de proteínas naturales y las cortaron digitalmente en pedazos bien definidos, como si convirtiera un montón de muñecas de trapo en una pila de brazos, piernas y cabezas. Luego realizaron una serie de pruebas computacionales para determinar qué piezas encajarían bien. En la naturaleza, este paso implicaría buscar tramos de aminosecuencias de ácido que son similares entre proteínas. En la computadora, se trataba de buscar regiones de similitud estructural para que, en la analogía de la muñeca de trapo, una mano terminara cosida a un brazo y luego a un hombro, y no a una cabezao una cadera.
El primer autor, Tim M. Jacobs, PhD, un ex estudiante graduado en el laboratorio de Kuhlman, usó este método para mapear 50,000 de estas proteínas unidas en la computadora. Luego seleccionó varias métricas diferentes para reducir la lista alas 21 proteínas principales, que produjo en el laboratorio. Jacobs y sus colegas tomaron fotografías de estas proteínas mediante cristalografía de rayos X y RMN, y descubrieron que las proteínas contenían todas las variedades estructurales únicas que habían diseñado en la computadora.
"Estábamos entusiasmados de que algunos tuvieran hendiduras o surcos en la superficie, regiones que las proteínas naturales usan para unir otras proteínas", dijo Jacobs. "Eso es importante porque si quisiéramos crear una proteína que pueda actuar como un biosensor para detectarcierto metabolito en el cuerpo, ya sea con fines de diagnóstico o de investigación, necesitaría tener estos surcos. Del mismo modo, si quisiéramos desarrollar nuevas terapias, también tendrían que unirse a proteínas específicas ".
Actualmente, los investigadores están utilizando SEWING para crear proteínas que pueden unirse a varias proteínas a la vez. Muchas de las proteínas más importantes son multitareas, incluida la proteína de la sangre hemoglobina que transporta cuatro copias de oxígeno desde los pulmones alos tejidos del cuerpo
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Materiales proporcionado por Cuidado de la salud de la Universidad de Carolina del Norte . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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