p Cientistas do Instituto de Tecnologia de Tóquio, RIKEN, e o Instituto de Tecnologia de Kyoto aplicaram um design de cristal racional para criar cristais de proteína com rede porosa estendida para acumular moléculas exógenas dentro de células vivas. Este trabalho estabelece as bases para a engenharia de materiais cristalinos porosos estáveis ​​e de automontagem, que podem concentrar e preservar substâncias bioativas em vários tipos de células. p Na natureza, proteínas são montadas em estruturas sofisticadas e altamente ordenadas, que os habilitam a executar inúmeras funções que suportam diferentes formas de vida. O design requintado de proteínas naturais levou os cientistas a explorá-lo em biologia sintética para projetar moléculas que podem se automontar em nanopartículas com a estrutura desejada e que podem ser usadas para vários fins, como armazenamento de gás, catálise enzimática, entrega intracelular de drogas, etc.

p Os vírus da poliedrose citoplasmática (cipovírus) que infectam os insetos estão embutidos em cristais de proteína chamados poliedros, que protegem o vírus contra danos. A estrutura dos cristais de poliedros (PhCs) sugere que eles podem servir como recipientes robustos que podem incorporar e proteger moléculas estranhas da degradação, garantindo sua estabilidade composicional e funcional.

p Visão geral da realização da pesquisa

p A estabilidade extrema de poliedros sob condições adversas é fornecida pelo empacotamento denso de monômeros de poliedrina em cristais com canais de solvente de porosidade muito baixa, que, Contudo, limita a incorporação de partículas estranhas. Grupo de pesquisa liderado por Satoshi Abe e Takafumi Ueno no Instituto de Tecnologia de Tóquio formulou a hipótese de que, se uma estrutura porosa dentro de PhCs for estendida sem comprometer a estabilidade do cristal, Os PhCs podem ser usados ​​para o acúmulo e armazenamento de moléculas exógenas em células vivas. Como em PhCs naturais, monômeros de poliedrina formam um trímero, os cientistas presumiram que, se os resíduos de aminoácidos na interface de contato de cada trímero forem excluídos, a porosidade dos cristais resultantes seria aumentada. Para atingir esse objetivo, eles modificaram geneticamente monômeros de poliedrina, que foram então expressos e automontados em Spodoptera frugiperda IPLB-Sf21AE, a larva de uma mariposa lagarta, infectados com baculovírus. Os PhCs mutantes mantiveram a rede cristalina do PhC de tipo selvagem, mas tinham porosidade significativamente estendida (Figura) devido à deleção de resíduos de aminoácidos com o rearranjo de ligações de hidrogênio intra e intermoleculares. Como resultado, os cristais projetados podem adsorver 2-4 vezes mais moléculas exógenas (corantes fluorescentes) em comparação com o PhC do tipo selvagem, com até 5, Condensação de 000 vezes dos corantes da solução 10 uM.

p Como uma próxima etapa, os cientistas examinaram o desempenho dos cristais mutantes em células vivas de insetos. Os PhCs mostraram alta estabilidade no ambiente intracelular. Mais importante, os cristais mutantes podem acumular e reter os corantes nas células vivas, enquanto os cristais naturais não.

p O design de cristal racional usado por cientistas do Instituto de Tecnologia de Tóquio fornece uma ferramenta poderosa para a manipulação estrutural de cristais de proteína auto-montados para obter nanomateriais porosos com propriedades de adsorção reguladas. Os PhCs porosos projetados podem ser usados ​​como recipientes de proteína para análise da estrutura cristalina in vivo das moléculas celulares e química bioortogonal em vários tipos de células vivas.

p Análise estrutural de microcristais

p Uma vez que cristais minúsculos com apenas alguns mícrons de tamanho foram obtidos, as análises de estrutura foram realizadas nas linhas de luz BL32XU e BL41XU em SPring-8, uma grande instalação de radiação síncrotron que fornece a radiação síncrotron mais poderosa. As estruturas de alta resolução foram analisadas rapidamente com a ajuda de um sistema automatizado de coleta de dados desenvolvido em RIKEN.