Шаг к искусственным клеткам


Многие белки с важными биологическими функциями встроены в биомембрану в клетках человека и других живых организмов. Но как они туда попадают?

Почти треть всех белков в живых существах прочно встроены в биомембрану (либо во внешнюю её часть, либо во внутреннюю). Там эти мембранные белки выполняют важные задачи, выступая, например, в качестве молекулярных каналов для транспорта метаболитов и питательных веществ через мембрану или в качестве сенсорных белков для восприятия межклеточной среды.

Команда исследователей во главе с Дэниелом Дж. Мюллером, профессором кафедры биологических наук и инженерии в ETH Zurich в Базеле, в настоящее время изучает, как мембранные белки попадают в мембраны. Для этого они использовали высокоточный метод, который позволяет извлекать отдельные белки из мембран или высеивать белки на них. Этот метод, известный как одно-молекулярная силовая спектроскопия, позволяет ученым направлять управляемый компьютером кантилевер, чувствителен к нанометрам, и следит за конкретным местом на поверхности мембраны с максимальной точностью. Молекулярные силы адгезии заставляют белок, находящийся там, прилипать к кантилеверу.

Роль двух вспомогательных белков

В экспериментах с бактериальными белками исследователи смогли прояснить роль двух вспомогательных белков – инсертазы и транслоказы, которые позволяют мембранным белкам встраиваться в мембрану. Инсертаза представляет собой цельный белок, а транслоказа представляет собой комплекс, состоящий из нескольких белков. Обе они гарантируют, что поры открываются в мембране.

В случае с инсертазой мы можем представить её как желоб. Первоначально мембранный белок присутствует в виде неструктурированной пептидной цепи, которая скользит вниз по этому желобу в мембрану. В мембране эта пептидная цепь затем приобретает свою функциональную трехмерную форму. Как только мембранный белок успешно стал трехмерным и внедрился в мембрану, вспомогательный белок отделяется и образует желоб в другом месте мембраны для следующего белка.

Профессор Мюллер, глава исследования.

До настоящего времени исследование того, как функционируют эти вспомогательные белки, было неточным и использовало только короткие пептиды или проводилось только за пределами биомембран.

Теперь мы впервые и шаг за шагом наблюдали и описывали, как весь белок встраивается в мембрану и принимает трехмерную форму.

Татьяна Сердюк, постдокторант из группы профессора Мюллера, соавтор исследования.

Исследователи ETH также смогли показать различия в том, как работают вставки и транслоказы: вставки интегрируют пептидные цепи в мембрану относительно быстро, но неуклюже.

Это означает, что они хорошо работают с небольшими белками. Транслоказы, с другой стороны, вставляют пептидные нити в мембраны секцию за секцией, делая их более подходящими для более сложных белков.

Профессор Мюллер, глава исследования.

Важность для медицины

Это исследование является примером классических фундаментальных исследований, которые особенно важны с точки зрения самих мембранных белков для медицины.

Около половины всех лекарств воздействуют на мембранные белки, и нам необходимо понять, как эти мембранные белки образуются и как они работают.

Профессор Мюллер, глава исследования.

Кроме того, одно-молекулярная силовая спектроскопия, которую ученые ETH усовершенствовали для этого исследования, может быть использована в других приложениях: в связи с Национальным центром компетентности в исследованиях (NCCR) для молекулярной инженерии систем, Мюллер и другие ученые пытаются разработать искусственные биологические клетки.


Этот метод может быть использован для индивидуальной подгонки биомембран с белками, по сути, для их программирования. Искусственные клетки такого рода могут однажды использоваться в качестве молекулярных фабрик для производства фармацевтических препаратов в промышленных масштабах.

Профессор Мюллер, глава исследования.

Автор: ETH Zurich

Перевод: Филипп Дончев

0 0 голоса
Рейтинг статьи

Подписаться
Уведомить о
guest
0 комментариев
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии
0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x
()
x