Image en microscopie électronique à transmission (MET) des nanotubes de protéines. Crédit :Sciences chimiques
Des chercheurs de l'Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech) ont construit des nanotubes de protéines à partir de minuscules échafaudages fabriqués par réticulation de cristaux de protéines modifiés. La réalisation pourrait accélérer le développement d'enzymes artificielles, transporteurs et systèmes de distribution de taille nanométrique pour une multitude d'applications biomédicales et biotechnologiques.
Une méthode innovante d'assemblage de protéines dans des nanotubes bien ordonnés a été développée par un groupe dirigé par Takafumi Ueno du département de génie biomoléculaire de Tokyo Tech.
Les nanostructures de protéines sur mesure sont d'un intérêt de recherche intense, car ils pourraient être utilisés pour développer des catalyseurs très spécifiques et puissants, des systèmes d'administration ciblés de médicaments et de vaccins, et pour la conception de nombreux autres biomatériaux prometteurs.
Les scientifiques ont été confrontés à des défis dans la construction d'assemblages de protéines en solution aqueuse en raison des manières désorganisées dont les protéines interagissent librement dans des conditions variables telles que le pH et la température.
La nouvelle méthode, rapporté dans le journal Sciences chimiques , surmonte ces problèmes en utilisant des cristaux de protéines, qui servent d'échafaudage prometteur pour que les protéines s'auto-assemblent dans les structures souhaitées. La méthode comporte quatre étapes, comme illustré dans Construction de nanotubes à partir de cristaux de protéines :
La méthode impliquait un processus en quatre étapes :1) introduction de résidus de cysteine dans la protéine de type sauvage; 2) cristallisation de la protéine modifiée en une structure en réseau ; 3) formation d'un cristal réticulé; et 4) dissolution de l'échafaudage pour libérer les nanotubes de protéines. Crédit :Sciences chimiques
Le système cristallin, composé de l'agencement ordonné de structures assemblées, facilite le contrôle des interactions chimiques précises d'intérêt en réticulant pour stabiliser la structure de l'assemblage, une réalisation qui ne peut pas être réalisée à partir de la réticulation de protéines en solution.
Les chercheurs ont choisi une protéine naturelle appelée RubisCO comme élément de base pour la construction de nanotubes. En raison de sa grande stabilité, RubisCO pourrait garder sa forme, et sa structure cristalline issue de recherches antérieures l'avait recommandé pour cette étude.
En utilisant l'imagerie par microscopie électronique à transmission (MET) à la division d'analyse des biomatériaux de Suzukakedai de Tokyo Tech, l'équipe a confirmé avec succès la formation des nanotubes de protéines.
L'étude a également démontré que les nanotubes de protéines pouvaient conserver leur capacité enzymatique.
"Notre méthode de réticulation peut faciliter la formation de l'échafaudage cristallin efficacement à la position souhaitée (sites de cystéine spécifiques) dans chaque tube du cristal, " dit Ueno. " A présent, depuis plus de 100, 000 structures cristallines de protéines ont été déposées dans la banque de données de protéines, notre méthode peut être appliquée à d'autres cristaux de protéines pour la construction d'assemblages de protéines supramoléculaires, comme les cages, tuyaux, des draps."
Le nanotube dans cette étude peut être utilisé pour diverses applications. Le tube fournit l'environnement pour l'accumulation des molécules exogènes qui peuvent être utilisées comme plates-formes d'administration dans les domaines pharmaceutiques. Le tube peut également être potentiel pour la catalyse parce que le bloc de construction de protéine a l'activité enzymatique dans la nature.
