Stworzenie nowego materiału na bazie białka z komórki nerwowej

Naukowcy z Uniwersytetu w Kalifornii wykorzystali białka z komórek nerwowych i użyli ich do stworzenia „inteligentnego” materiału, wysoce wrażliwego na otoczenie. Ten związek inżynierii materiałowej i biologii może zrodzić elastyczną wrażliwą powłokę, która jest łatwa i tania w produkcji w dużych ilościach.

Stworzenie nowego materiału na bazie białka z komórki nerwowej

Rys.1 Neurony, grafika stworzona przez GerryShaw

Prace, które zostały opublikowane 14 października w czasopiśmie Nature Communications [1] mogą  prowadzić do stworzenia nowych typów czujników biologicznych, zaworów przepływowych i kontrolowanych systemów uwalniania leków. Mogą one mieć zastosowanie biomedyczne m.in.  do mikrostrumieniowych urządzeń, mogących obsługiwać i przetwarzać bardzo małe objętości cieczy, takie jak próbki śliny lub krwi do diagnostyki.

„Ta praca stanowi wyjątkowe połączenie dziedzin biomimetycznych, inżynierii biomolekularnej i biologii syntetycznej” powiedział główny badacz dr Sanjay Kumar, profesor bioinżynierii Uniwersytetu w Kalifornii. „Stworzyliśmy nową klasę materiałów inteligentnych, opartych na białkach strukturalnych, których składniki są inspirowane przez sieci znajdujące się w żywych komórkach”.

Zespół badawczy Kumara utworzył wersję biologicznej syntetycznej powłoki stosowanej do zlepiania małych cząstek ze sobą w codziennych produktach płynnych, takich jak farby i ciekłe kosmetyki. Te syntetyczne powłoki polimerowe są często nazywane szczotkami, ponieważ po przyłączeniu do powierzchni cząsteczek przypominają wyglądem włosie.

Aby utworzyć odpowiednik biologicznego polimerycznego pędzla, naukowcy wykorzystali neurofilament – białko o kształcie rurki występujące w komórkach nerwowych. Działanie tych cylindrycznych polimerowych szczotek neurofilamentów zostało wykorzystane do montażu sieci, która pomagała utrzymać jeden z końców komórki nerwowej w sposób otwarty, tak, że mogła ona przekazywać sygnały elektryczne.

„Uzupełniliśmy to białko i przekształciliśmy je w polimeryczny pędzel poprzez klonowanie fragmentu genu kodującego włosie neurofilamentów i uzyskaliśmy ekspresję genu w bakteriach otrzymując białko w dużych czystych ilościach” wyjaśnia Kumar. „Pokazaliśmy, że nasze „białko-szczotka” ma wszystkie najważniejsze właściwości syntetycznych pędzli, a dodatkowo wiele zalet.”

Kumar zauważył, że neurofilamenty są dobrymi kandydatami do tworzenia białkowych szczotek, ponieważ są to wewnętrznie nieuporządkowane białka, nazwane tak dlatego, iż nie posiadają stałego trójwymiarowego kształtu. Wielkość i chemiczny skład tych włosopodobnych białek są znacznie łatwiejsze do kontrolowania, w porównaniu z ich syntetycznymi odpowiednikami.

„W biologii precyzja jest krytyczna” mówi Kumar. „Białka są na ogół syntetyzowane z tej samej sekwencji za każdym razem. Długość i kolejność biochemicznej sekwencji białkowej oddziałuje na wszystkie jego właściwości, w tym strukturę, zdolność do wiązania się z innymi cząsteczkami oraz katalizę reakcji biochemicznych. Pozwalając komórce bakteryjnej wykonać całą pracę za nas, byliśmy w stanie kontrolować dokładną długość i kolejność sekwencji naszego włosia białkowego „

Ponadto, naukowcy wykazali, że białko może się zwijać albo rozwijać w środowisku o różnym stopniu kwasowości i zasolenia. Materiały, które są wrażliwe na środowisko w ten sposób, są często określane jako „inteligentne” ze względu na ich zdolności adaptacyjne w odpowiedzi na swoiste bodźce.

  1. Nithya Srinivasan, Maniraj Bhagawati, Badriprasad Ananthanarayanan, Sanjay Kumar.Stimuli-sensitive intrinsically disordered protein brushes. Nature Communications, 2014; 5: 5145 DOI: 1038/ncomms6145
  2.  http://www.sciencedaily.com/releases/2014/10/141014123931.htm

Opracowała: Anna Marczewska

Korekta: Magdalena Senderowska

Bookmark the permalink.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *


*