p A antiga arte de dobrar papel, conhecida como origami, é usada para fazer pássaros complexos ou outras formas. Inspirado no trabalho de origami de DNA, em que as nanoestruturas são feitas de DNA dobrável, uma equipe de engenheiros da McKelvey School of Engineering da Washington University em St. Louis encontrou uma nova maneira de criar nanoestruturas de proteínas de cadeia única usando biologia sintética e técnicas de montagem de proteínas. p A equipe criou nanoestruturas - em formas de triângulos e quadrados - usando blocos de construção de proteínas estáveis. Essas nanoestruturas de proteínas podem suportar altas temperaturas e condições químicas adversas, ambos os quais não são possíveis com nanoestruturas baseadas em DNA. No futuro, essas nanoestruturas de proteínas podem ser usadas para melhorar as capacidades de detecção, acelerando as reações químicas, na entrega de drogas e outras aplicações.

p Ao tentar criar nanoestruturas de proteínas adequadas para aplicações específicas, os pesquisadores normalmente fazem modificações nas estruturas de proteínas existentes, como partículas de vírus. Contudo, as formas de nanoestruturas que podem ser feitas usando essa abordagem são limitadas ao que a natureza fornece. Agora, Fuzhong Zhang, professor associado de energia, engenharia ambiental e química, e membros de seu laboratório desenvolveram uma abordagem ascendente para construir nanoestruturas 2-D, essencialmente começando do zero.

p “Construir algo que a natureza não oferece é mais emocionante, "Disse Zhang." Pegamos proteínas dobradas individualmente e as usamos como blocos de construção, em seguida, os montamos peça por peça para que possamos criar nanoestruturas sob medida. "

p Os resultados do trabalho foram publicados em Nature Communications 25 de julho.

p Usando abordagens de biologia sintética, A equipe de Zhang primeiro biossintetizou blocos de construção de proteínas em forma de bastonete, semelhante em formato a um lápis, mas com apenas 12 nanômetros de comprimento.

p Então, eles conectaram esses blocos de construção por meio de domínios de proteína reativa que foram geneticamente fundidos às extremidades de cada um dos bastonetes, formando triângulos com três hastes e quadrados com quatro hastes. Esses domínios de proteína reativa são conhecidos como inteínas divididas, que não são novas no laboratório de Zhang - são as mesmas ferramentas que seu grupo usa para fazer seda de aranha sintética de alta resistência e réplicas sintéticas das proteínas adesivas do pé de mexilhão.

p Em ambos os casos, esses grupos inteiros divididos permitem a produção de grandes proteínas que tornam a seda da aranha sintética mais dura e mais forte e as proteínas do pé de mexilhão mais pegajosas. Nesse caso, eles permitem a construção de novas nanoestruturas.

p A equipe de Zhang trabalhou com Rohit Pappu, o professor de engenharia Edwin H. Murty, professor de engenharia biomédica e especialista em biofísica de proteínas intrinsecamente desordenadas, transições de fase e dobramento de proteínas. Zhang e Pappu são membros do Centro de Ciência e Engenharia de Sistemas Vivos da universidade (CSELS).

p "Laboratório do Professor Pappu, especificamente o ex-bolsista de pós-doutorado Jeong-Mo Choi, nos ajudou a entender como a sequência de proteínas nas conexões determina a flexibilidade dessas nanoestruturas e nos ajudou a prever sequências de proteínas para controlar melhor a flexibilidade e geometria das nanoestruturas, "Zhang disse." A colaboração entre meu laboratório de biologia sintética e o laboratório de modelagem biofísica do professor Pappu se provou muito produtiva. "

p A colaboração simplificou um processo muito complexo.

p "Assim que entendemos a estratégia de design, o trabalho é bastante simples e divertido de fazer, "Disse Zhang." Acabamos de controlar os diferentes grupos funcionais, então eles controlaram as formas. "

p Devido à funcionalidade versátil das proteínas, essas nanoestruturas poderiam potencialmente ser usadas como andaimes para montar vários nanomateriais. Para testar essa ideia, a equipe montou nanopartículas de ouro de 1 nanômetro precisamente nos vértices do triângulo. Usando um microscópio eletrônico de última geração no Instituto de Ciência e Engenharia de Materiais da universidade, tanto os triângulos de proteínas quanto as nanopartículas de ouro montadas nos vértices dos triângulos eram visíveis.

p Para testar a estabilidade dessas nanoestruturas de proteínas, a equipe os expôs a altas temperaturas, até 98 graus Celsius, a produtos químicos como cloridrato de guanídio, e a solventes orgânicos como acetona. Embora essas condições geralmente destruam as estruturas das proteínas, as estruturas do laboratório de Zhang permaneceram intactas. Esta ultra-estabilidade pode permitir mais aplicações em nanoescala que são difíceis ou impossíveis de usar nanoestruturas feitas de DNA ou outras proteínas, Zhang disse.

p Próximo, a equipe está trabalhando com Srikanth Singamaneni, professor de engenharia mecânica e ciência dos materiais e membro do CSELS, usar essas nanoestruturas de proteínas para desenvolver sensores plasmônicos aprimorados.

p "Explorar a interação entre blocos de construção estruturais altamente estáveis ​​e regiões intrinsecamente desordenadas ou flexíveis fornece uma nova rota para projetar nanoestruturas com recursos personalizáveis ​​para uma variedade de aplicações em biologia sintética e ciências biomédicas, "Pappu disse." Este é um dos principais impulsos do nosso centro, conforme refletido pelas sinergias entre três laboratórios diferentes que fazem parte do centro. "