Pela primeira vez, cientistas criaram, do princípio, filamentos de proteínas de auto-montagem.

Estes foram construídos a partir de subunidades de proteínas idênticas que se juntam espontaneamente para formar longas, helicoidal, estruturas semelhantes a fios.

No mundo natural, filamentos de proteínas são componentes essenciais de várias partes estruturais e móveis nas células vivas, bem como muitos tecidos do corpo.

Estes incluem os citoesqueletos que dão forma às células, os microtúbulos celulares que orquestram a divisão celular, e a proteína mais comum em nossos corpos, colágeno, que dá força e flexibilidade à nossa cartilagem, pele e outros tecidos.

"Ser capaz de criar filamentos de proteínas do zero - ou de novo - nos ajudará a entender melhor a estrutura e a mecânica dos filamentos de proteínas que ocorrem naturalmente e também nos permitirá criar materiais inteiramente novos, diferentes de todos os encontrados na natureza, "disse David Baker, professor de bioquímica da University of Washington School of Medicine, e diretor do UW Institute for Protein Design, quem dirigiu o projeto. Ele também é um investigador do Howard Hughes Medical Institute.

Esses materiais podem incluir fibras feitas pelo homem que igualam ou superam a resistência da seda de aranha, que em peso é mais forte que o aço, Baker disse. Ele também mencionou a possibilidade de circuitos de fios em escala nano.

Para projetar os filamentos, os pesquisadores usaram um programa de computador desenvolvido no laboratório Baker, chamada Rosetta, que pode prever a forma de uma proteína a partir de sua sequência de aminoácidos.

Para funcionar corretamente, as proteínas devem se dobrar em uma forma precisa. Esse dobramento é impulsionado pelas propriedades dos aminoácidos individuais e como eles interagem entre si e com o ambiente fluido circundante. As forças de atração e repulsão levam a proteína a descansar em uma forma que possui o nível de energia mais baixo.

Ao calcular qual forma iria equilibrar essas forças de atração e repulsão para produzir o menor nível de energia total, Rosetta pode prever, com um alto grau de precisão, a forma que uma proteína assumirá na natureza.

Usando Rosetta, os pesquisadores se propuseram a projetar pequenas proteínas com aminoácidos em sua superfície que fariam com que eles se ligassem uns aos outros. Isso permitiu que eles se montassem em uma hélice, alinhando-se como degraus em uma escada em espiral. Para que a hélice seja estável, a proteína projetada se liga a outras cópias posicionadas acima e abaixo dela conforme a hélice se enrola, camada sobre camada.

"Eventualmente, fomos capazes de projetar proteínas que se encaixariam como Legos, "disse Hao Shen, um Ph.D. candidato no UW Molecular Engineering &Sciences Institute. Ele e Jorge Fallas, um instrutor de bioquímica na UW School of Medicine, são os principais autores de um artigo que descreve a abordagem.

Este artigo será publicado online pela revista Ciência na quinta feira, 8 de novembro 2018.

Fallas disse que as proteínas projetadas são relativamente pequenas. Eles são compostos de apenas cerca de 180 a 200 aminoácidos e medem apenas cerca de um nanômetro de comprimento, mas reúna em filamentos estáveis ​​mais de 10, 000 nanômetros de comprimento. Um nanômetro equivale a 1 bilionésimo de um metro, ou aproximadamente a largura de 10 átomos de hidrogênio alinhados lado a lado.

Os pesquisadores também mostraram que, mexendo na concentração da proteína projetada na solução e adicionando tampas que inibem a capacidade de ligação do projeto, eles podem fazer com que os filamentos cresçam ou se desmontem.

"A capacidade de programar a dinâmica da formação do filamento nos dará insights sobre como a montagem e desmontagem do filamento é regulada na natureza, "disse Baker." A estabilidade dessas proteínas sugere que elas podem servir como estruturas facilmente modificáveis ​​para uma gama de aplicações que vão desde novos testes de diagnóstico a nanoeletrônicos. "