En la naturaleza, las proteínas se ensamblan en estructuras sofisticadas y altamente ordenadas, que les permiten ejecutar numerosas funciones que soportan diferentes formas de vida. El exquisito diseño de las proteínas naturales llevó a los científicos a explotarlas en biología sintética para diseñar moléculas que puedan autoensamblarseen nanopartículas con la estructura deseada y que pueden usarse para diversos fines, como almacenamiento de gases, catálisis enzimática, administración intracelular de fármacos, etc.
Los virus de la polihedrosis citoplasmática cypoviruses que infectan a los insectos están incrustados en cristales de proteínas llamados poliedros que protegen al virus del daño. La estructura de los cristales de polihedra CP sugiere que pueden servir como contenedores robustos que pueden incorporar y proteger moléculas extrañas de la degradación,asegurando su estabilidad compositiva y funcional.
Descripción general del logro de la investigación
La extrema estabilidad de los poliedros en condiciones adversas es proporcionada por el denso empaque de los monómeros de polihedrina en cristales con canales de solventes de muy baja porosidad, lo que, sin embargo, limita la incorporación de partículas extrañas. Grupo de investigación dirigido por Satoshi Abe y Takafumi Ueno en el Instituto de Tokioof Technology planteó la hipótesis de que si se extiende un marco poroso dentro de los PhC sin comprometer la estabilidad de los cristales, los PhC se pueden usar para la acumulación y el almacenamiento de moléculas exógenas en las células vivas.se eliminan los residuos en la interfaz de contacto de cada trímero, se aumentaría la porosidad de los cristales resultantes. Para lograr este objetivo, diseñaron genéticamente monómeros de polihedrina, que luego se expresaron y autoensamblaron en Spodoptera frugiperda IPLB-Sf21AE, la larva deuna polilla de gusano del ejército, infectada con baculovirus. Los PhC mutantes mantuvieron la red cristalina del PhC de tipo salvaje perohabía extendido significativamente la porosidad debido a la eliminación de residuos de aminoácidos con la reorganización de los enlaces de hidrógeno intra e intermoleculares.Como resultado, los cristales diseñados podrían adsorber 2-4 veces más moléculas exógenas colorantes fluorescentes en comparación con el PhC de tipo salvaje, con una condensación de los colorantes de hasta 5.000 veces de la solución de 10 µM.
Como siguiente paso, los científicos examinaron el rendimiento de los cristales mutantes en las células vivas de insectos. Los CCP mostraron una alta estabilidad en el entorno intracelular. Lo más importante, los cristales mutantes podrían acumular y retener los colorantes en las células vivas, mientras que los cristales naturalesno pude.
El diseño racional de cristales utilizado por los científicos del Instituto de Tecnología de Tokio proporciona una herramienta poderosa para la manipulación estructural de cristales de proteínas autoensamblados para obtener nanomateriales porosos con propiedades de adsorción reguladas. Los PhC porosos diseñados pueden usarse como contenedores de proteínas para la estructura cristalina in vivoanálisis de las moléculas celulares y la química bioortogonal en varios tipos de células vivas.
Análisis estructural de microcristales
Dado que se obtuvieron pequeños cristales con un tamaño de unas pocas micras, los análisis de estructura se realizaron en las líneas de luz BL32XU y BL41XU en SPring-8, una gran instalación de radiación sincrotrón que proporciona la radiación sincrotrón más potente. Las estructuras de alta resolución se analizaron rápidamentecon la ayuda de un sistema automatizado de recopilación de datos desarrollado en RIKEN.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto de Tecnología de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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