El mismo sólido de 20 lados que se transformó en cúpulas geodésicas en el siglo pasado puede ser la forma de lo que vendrá en la biología sintética.
Para los científicos del Instituto de Diseño de Proteínas de la Universidad de Washington que trabajan para inventar herramientas moleculares, vehículos y dispositivos para la medicina y otros campos, la geometría del icosaedro es inspiradora. Su simetría tipo jaula de pájaros y su espacioso interior sugieren posibilidades que contienen carga.
Los diseñadores de proteínas tomaron el ejemplo de los muchos virus que, en el camino hacia las células vivas, transportan sus genomas dentro de capas protectoras de proteínas icosaédricas.
Estos paquetes de entrega, denominados cápsidas virales, están formados para ser lo suficientemente resistentes como para resistir el viaje, usar eficientemente el espacio de almacenamiento y separarse para liberar su contenido cuando las condiciones sean adecuadas.
El artículo de los investigadores en la revista científica Naturaleza informa sobre su diseño computacional y pruebas experimentales de una nanojaula de proteína icosaédrica altamente estable.
Diseñado a nivel atómico, esta nanojaula puede construirse a partir de bloques de construcción bioquímicos e información codificada en cadenas de ADN.
Después de seleccionar el diseño de esta nanojaula icosaédrica mediante modelado por computadora, los investigadores la produjeron en bacterias. La microscopía electrónica de las partículas icosaédricas resultantes confirmó que eran casi idénticas al modelo de diseño.
Los líderes del proyecto fueron Yang Hsia, un estudiante graduado de la Universidad de Washington en física biológica, estructura y diseño, y Jacob B. Bale, un recién graduado del programa de doctorado en biología molecular y celular de la Universidad de Washington, y ahora uncientífico investigador en Arzeda Corporation en Seattle.
Los autores principales fueron Neil P. King, investigador traslacional del Instituto de Diseño de Proteínas de la UW, y David Baker, director del Instituto y profesor de bioquímica de la UW. Baker también es investigador del Instituto Médico Howard Hughes.
"La capacidad de diseñar proteínas que se autoensamblan en estructuras icosaédricas precisas, robustas y de alto orden", escribieron los investigadores, "abriría la puerta a una nueva generación de contenedores de proteínas con propiedades hechas a medida para aplicaciones de interés"
Entre estas aplicaciones podría estar fabricando vehículos icosaédricos a nanoescala. Dicha investigación podría crear dispositivos diminutos similares a naves espaciales que podrían encapsular y administrar terapias directamente a tipos específicos de células, como las células cancerosas.
El icosaedro diseñado, aunque resistente, demostró desarmarse y volverse a ensamblar bajo ciertas condiciones ambientales. Esta propiedad reversible es esencial si eventualmente se convierte en parte del empaque, el transporte y la entrega de una carga útil bioquímica.
Además, la flexibilidad para modificar estas jaulas en miniatura, según los investigadores, "debería tener una utilidad considerable para la administración selectiva de medicamentos, el diseño de vacunas y la biología sintética".
El icosaedro de nuevo diseño tiene un volumen interno considerablemente mayor que las nano jaulas de otras formas diseñadas anteriormente, por lo que podría contener más carga como contenedores de envío molecular.
Trabajando hacia ese fin, los investigadores pudieron diseñar barreras para el centro de cada una de las veinte caras del icosaedro. Esto podría impedir que las moléculas entren y salgan de la jaula. En futuras iteraciones, las jaulas cerradas podrían llenarse para transportar unmedicación en tipos particulares de células y luego descargarla.
Además, los bloques de construcción de proteínas que componen la jaula retienen su actividad enzimática natural, que es la capacidad de acelerar las reacciones químicas. Esto sugiere la posibilidad de nano-reactores diseñados a medida para catalizar procesos bioquímicos específicos.
Además, las nanojaulas eran susceptibles de fusiones genéticas para mejorar sus propiedades. Por ejemplo, los investigadores crearon velas estándar para microscopía óptica al agregar una proteína fluorescente a cada una de las 60 subunidades que enmarcan el icosaedro. La intensidad fluorescenteera proporcional al número de estas proteínas unidas a cada subunidad. La forma distintiva del icosaedro lo convierte en un marcador fácilmente detectable.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Ciencias de la Salud de Washington / Medicina de la Universidad de Washington . Original escrito por Leila Gray. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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