Imagem de microscopia eletrônica de transmissão (TEM) dos nanotubos de proteína. Crédito:Ciência Química
Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech) construíram nanotubos de proteína a partir de minúsculos andaimes feitos por ligação cruzada de cristais de proteína projetados. A conquista pode acelerar o desenvolvimento de enzimas artificiais, transportadoras nanométricas e sistemas de entrega para uma série de aplicações biomédicas e biotecnológicas.
Uma forma inovadora de montagem de proteínas em nanotubos bem ordenados foi desenvolvida por um grupo liderado por Takafumi Ueno no Departamento de Engenharia Biomolecular da Tokyo Tech.
Nanoestruturas de proteínas feitas sob medida são de intenso interesse de pesquisa, pois podem ser usados para desenvolver catalisadores altamente específicos e poderosos, sistemas de entrega de drogas e vacinas direcionados, e para o design de muitos outros biomateriais promissores.
Os cientistas enfrentaram desafios na construção de conjuntos de proteínas em solução aquosa devido às formas desorganizadas em que as proteínas interagem livremente em condições variáveis, como pH e temperatura.
O novo método, relatado no jornal Ciência Química , supera esses problemas usando cristais de proteína, que servem como um arcabouço promissor para as proteínas se automontarem nas estruturas desejadas. O método tem quatro etapas, conforme ilustrado em Construção de nanotubos a partir de cristais de proteína:
O método envolveu um processo de quatro etapas:1) introdução de resíduos de cisteína na proteína de tipo selvagem; 2) cristalização da proteína projetada em uma estrutura de rede; 3) formação de um cristal reticulado; e 4) dissolução do andaime para liberar os nanotubos de proteína. Crédito:Ciência Química
O sistema de cristal, composto do arranjo ordenado de estruturas montadas, torna mais fácil controlar as interações químicas precisas de interesse por reticulação para estabilizar a estrutura de montagem - uma realização que não pode ser alcançada com a reticulação de proteínas em solução.
Os pesquisadores escolheram uma proteína natural chamada RubisCO como um bloco de construção para a construção do nanotubo. Devido à sua alta estabilidade, RubisCO poderia manter sua forma, e sua estrutura cristalina de pesquisas anteriores o havia recomendado para este estudo.
Usando imagens de Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM) na Divisão de Análise de Biomateriais Suzukakedai da Tokyo Tech, a equipe confirmou com sucesso a formação dos nanotubos de proteína.
O estudo também demonstrou que os nanotubos de proteína poderiam reter sua capacidade enzimática.
"Nosso método de reticulação pode facilitar a formação do andaime de cristal de forma eficiente na posição desejada (locais de cisteína específicos) dentro de cada tubo do cristal, "diz Ueno." No momento, desde mais de 100, 000 estruturas de cristal de proteínas foram depositadas no banco de dados de proteínas, nosso método pode ser aplicado a outros cristais de proteína para a construção de conjuntos de proteínas supramoleculares, como gaiolas, tubos, lençóis."
O nanotubo neste estudo pode ser utilizado para várias aplicações. O tubo fornece o ambiente para o acúmulo de moléculas exógenas que podem ser usadas como plataformas de distribuição em campos relacionados à indústria farmacêutica. O tubo também pode ser potencial para catálise porque o bloco de construção da proteína tem atividade enzimática na natureza.
