p (Phys.org) - Uma rota para a construção de nanomáquinas de proteína projetadas para aplicações específicas pode estar mais próxima da realidade. p Os sistemas biológicos produzem uma incrível variedade de automontagens, ferramentas de proteína funcional. Alguns exemplos desses materiais de proteína em nanoescala são suportes para ancorar atividades celulares, motores moleculares para impulsionar eventos fisiológicos, e cápsulas para entrega de vírus em células hospedeiras.

p Cientistas inspirados por essas máquinas moleculares sofisticadas querem construir as suas próprias, com formulários e funções personalizadas para enfrentar os desafios modernos.

p A capacidade de projetar novas nanoestruturas de proteínas pode ter implicações úteis na distribuição direcionada de drogas, no desenvolvimento de vacinas e em plasmônicos - manipulação de sinais eletromagnéticos para orientar a difração de luz para tecnologias de informação, produção de energia ou outros usos.

p Um método computacional desenvolvido recentemente pode ser um passo importante em direção a esse objetivo. O projeto foi liderado por Neil King da Universidade de Washington, investigador translacional; Jacob Bale, estudante de pós-graduação em Biologia Molecular e Celular; e William Sheffler no laboratório de David Baker no Instituto de Design de Proteínas da Universidade de Washington, em colaboração com colegas da UCLA e Janelia Farm.

p O trabalho é baseado no pacote de modelagem macromolecular Rosetta desenvolvido por Baker e seus colegas. O programa foi originalmente criado para prever estruturas de proteínas naturais a partir de sequências de aminoácidos. Os pesquisadores no laboratório Baker e em todo o mundo estão usando cada vez mais o Rosetta para projetar novas estruturas e sequências de proteínas destinadas a resolver problemas do mundo real.

p "As proteínas são estruturas incríveis que podem fazer coisas notáveis, "King disse, "eles podem responder às mudanças em seu ambiente. A exposição a um metabólito específico ou um aumento na temperatura, por exemplo, pode desencadear uma alteração na forma e função de uma proteína em particular. ”As pessoas costumam chamar as proteínas de blocos de construção da vida.

p "Mas ao contrário, dizer, um tubo de PVC, "King disse, "eles não são simplesmente material de construção." Eles também são trabalhadores de construção (e demolição) - acelerando as reações químicas, quebrando comida, carregando mensagens, interagindo uns com os outros, e executando inúmeras outras funções vitais para a vida.

p Reportagem na edição de 5 de junho de Natureza , os pesquisadores descrevem o desenvolvimento e a aplicação de um novo software Rosetta, permitindo o design de novos nanomateriais de proteína compostos de várias cópias de subunidades de proteínas distintas, que se organizam em ordem superior, arquiteturas simétricas.

p Com o novo software, os cientistas foram capazes de criar cinco livros, Nanomateriais de proteínas semelhantes a gaiolas de 24 subunidades. Mais importante, as estruturas reais, os pesquisadores observaram, estavam de acordo com sua modelagem computacional.

p Seu método depende da codificação de pares de sequências de aminoácidos de proteínas com as informações necessárias para direcionar a montagem molecular por meio de interfaces proteína-proteína. As interfaces não fornecem apenas as forças energéticas que impulsionam o processo de montagem, eles também orientam precisamente os pares de blocos de construção de proteínas com a geometria necessária para produzir as arquiteturas simétricas em forma de gaiola desejadas.

p Criando esta proteína em forma de gaiola, os cientistas disseram, pode ser um primeiro passo para a construção de contêineres em escala nanométrica. King disse que espera o tempo em que as moléculas de drogas contra o câncer serão embaladas dentro de nanocages projetados e entregues diretamente às células tumorais, poupando células saudáveis.

p "O problema hoje com a quimioterapia do câncer é que ela atinge todas as células e faz com que o paciente se sinta mal, ", Disse King. Embalar os medicamentos em nano-veículos personalizados com opções de estacionamento restritas a locais com câncer pode contornar os efeitos colaterais.

p Os cientistas observam que a combinação de apenas dois tipos de elementos de simetria, como neste estudo, pode, em teoria, dar origem a uma variedade de formas simétricas, como grupos de pontos cúbicos, hélices, camadas, e cristais.

p King explicou que o sistema imunológico responde às repetições, padrões simétricos, como aqueles na superfície de um vírus ou bactéria causadora de doenças. Construir nano-iscas pode ser uma forma de treinar o sistema imunológico para atacar certos tipos de patógenos.

p "Este conceito pode se tornar a base para vacinas baseadas em nanomateriais projetados, "King disse. Mais adiante na estrada, ele e Bale antecipam que esses métodos de projeto também podem ser úteis para o desenvolvimento de novas tecnologias de energia limpa.

p Os cientistas adicionaram em seu relatório, "O controle preciso sobre a geometria da interface oferecido por nosso método permite o projeto de nanomateriais de proteínas de dois componentes com diversos recursos em nanoescala, como superfícies, poros, e volumes internos, com alta precisão. "

p Eles prosseguiram dizendo que as combinações possíveis com materiais de dois componentes expandem muito o número e a variedade de nanomateriais potenciais que podem ser projetados.

p Pode ser possível produzir nanomateriais em uma variedade de tamanhos, formas e arranjos, e também continuar a construir materiais cada vez mais complexos a partir de mais de dois componentes.

p Os pesquisadores enfatizaram que o objetivo de longo prazo de tais estruturas não é ser estático. A esperança é que eles imitem ou ultrapassem o desempenho dinâmico dos conjuntos de proteínas que ocorrem naturalmente, e que, eventualmente, novas máquinas de proteína molecular poderiam ser fabricadas com funções programáveis.

p Os pesquisadores apontaram que, embora projetar proteínas e nanomateriais à base de proteínas seja muito desafiador devido à relativa complexidade das estruturas e interações das proteínas, há agora mais do que um punhado de laboratórios em todo o mundo fazendo grandes avanços neste campo. Cada um dos principais contribuintes tem pontos fortes, eles disseram. O ponto forte da equipe UW está na precisão da combinação das proteínas projetadas com os modelos computacionais e na previsibilidade dos resultados.