Физики Венского университета вместе с исследователями из Университета природных ресурсов и наук о жизни Вены разработали нано-машины, которые воссоздают основные виды активности белков. Они представляют собой первый универсальный и модульный пример полностью искусственной белково-миметической модели, благодаря Венскому научному кластеру (VSC), высокопроизводительной вычислительной инфраструктуре. Эти «бионические белки» могут сыграть важную роль в инновационных фармацевтических исследованиях.
Результаты опубликованы в известном журнале «Physical Review Letters».
Белки являются фундаментальными строительными блоками всего живого организма, который мы в настоящее время знаем. Из-за большого количества и сложности биомолекулярных процессов, которые они способны, белки часто называют «молекулярными машинами». Возьмем, к примеру, белки в ваших мышцах: при каждом сокращении, стимулированном мозгом, бесчисленное количество белков меняет свои структуры, чтобы создать коллективное движение сокращения.
Этот экстраординарный процесс осуществляется молекулами, размер которых составляет всего около нанометра, что составляет миллиардную часть метра. Сокращение мышц является лишь одним из многочисленных видов деятельности белков: есть белки, которые транспортируют грузы в клетках, белки, которые строят другие белки, есть даже клетки, в которых белки, которые «неправильно ведут себя», могут быть захвачены для исправления, а список продолжается и продолжается. «Имитация этих удивительных биомеханических свойств белков и передача их в полностью искусственную систему – наша долгосрочная задача», – говорит Иван Колуцца из Физического факультета Венского университета, который работает над этим проектом совместно с коллегами Университета природных ресурсов и наук о жизни Вены.
Моделирование благодаря Венскому научному кластеру (VSC)
В недавней статье в Physical Review Letters команда представила первый пример полностью искусственной биомиметической модели, способной самопроизвольно завязать узел в структуру цели. Используя компьютерное моделирование, они отбрасывают сконструированные белки, сосредотачиваясь на ключевых элементах, которые дают им возможность выполнять программу, написанную в генетическом коде. Вычислительно очень интенсивное моделирование стало возможным благодаря доступу к мощному Венскому научному кластеру (VSC), высокопроизводительной вычислительной инфраструктуре, совместно проводимой Венским университетом, Венским технологическим университетом и Университетом природных ресурсов и наук о жизни Вены.
Искусственные белки в лаборатории
В настоящее время команда работает над реализацией таких искусственных белков в лаборатории, используя специально функционализированные наночастицы. Затем частицы будут соединены в цепи после последовательности, определяемой компьютерным симуляцией, так что искусственные белки сбрасываются в желаемые формы. Такие завязанные наноструктуры могут быть использованы в качестве новых стабильных транспортных средств для доставки лекарств и в виде фермент-подобных, но более стабильных катализаторов.