محققان بریتانیایی راهبرد جدیدی برای سنتز مواد زیستی ارائه کردند که با دستکاری در مقیاس نانو می‌توان ساختارهای مصنوعی جدید ایجاد کرد.
راهبردی برای توسعه نسل جدیدی از نانومواد زیستی مصنوعی
مواد زیستی در نهایت می‌توانند در ترمیم مفصل یا ترمیم زخم و همچنین سایر زمینه‌های بهداشت و تولید غذا کاربرد داشته باشند. اما یکی از چالش‌های اساسی کنترل و تنظیم دقیق چگونگی جمع شدن بلوک‌های سازنده پروتئین در شبکه‌های پیچیده پروتئینی است که اساس مواد زیستی را تشکیل می‌دهند. محققان دانشگاه لیدز روشی ارائه کرده‌اند که می‌تواند به طراحی نسل جدیدی از مواد زیستی مصنوعی ساخته شده از پروتئین‌ها کمک کند.
محققان در این پروژه از امکانات موجود در مرکز زیست‌شناسی مولکولی ساختاری و دانشکده فیزیک و نجوم در لیدز و تأسیسات منبع نوترون ISIS در آزمایشگاه در آکسفوردشایر استفاده کردند. استفاده از پرتوهای نوترون، به آن‌ها این امکان را داد تا هنگام باز کردن منگنه‌های نانویی، تغییرات اساسی در ساختار شبکه پروتئین را شناسایی کنند.
این گروه تحقیقاتی در لیدز در حال بررسی این موضوع هستند که چگونه تغییرات در ساختار و مکانیک بلوک‌های سازنده پروتئین‌های منفرد می‌تواند ساختار و مکانیک ماده زیستی را در یک سطح کلان تغییر دهد و در عین حال عملکرد زیستی شبکه پروتئین را نیز حفظ کند. در مقاله‌ای که توسط مجله علمی ACS Nano منتشر شده است، محققان نشان دادند که با حذف یک پیوند شیمیایی خاص در بلوک‌های سازنده پروتئین، ساختار یک شبکه پروتئینی را می‌توان تغییر داد. آن‌ها این پیوندها را «بخیه پروتئینی» نامیدند.
با برداشتن این بخیه‌های پروتئینی، زمانی که تا خوردگی مولکول‌های پروتئینی منفرد به سادگی باز می‌شوند و در یک شبکه قرار می‌گیرند به راحتی به یک شبکه تبدیل می‌شوند. این موضوع منجر به تشکیل یک شبکه با مناطق پروتئینی تاخورده شده که حاوی مناطق پروتئینی تانخورده است. نتیجه این آرایش مولکولی، ساختاری مصنوعی است که دارای خواص مکانیکی بسیار متفاوت نسبت به مواد زیستی طبیعی است.
هم‌زمان با کار تجربی، دکتر بن هانسون، همکار پژوهشی در دانشکده فیزیک و نجوم در لیدز، تغییرات ساختاری در حال انجام را مدل‌سازی کرد. وی دریافت که بازشدن تاخوردگی‌های پروتئین در جریان شکل‌گیری شبکه است که در تعریف ساختار شبکه هیدروژل‌های پروتئین نقش حیاتی را دارد.
پروفسور لورنا دوگان، از دانشکده فیزیک و نجوم در لیدز که نظارت بر این تحقیق را بر عهده داشت، گفت: «پروتئین‌ها ویژگی‌های عملکردی شگفت‌انگیزی از خود نشان می‌دهند. ما می‌خواهیم بدانیم که چگونه می‌توانیم از این عملکرد زیستی متنوع در موادی که از پروتئین به‌عنوان بلوک‌های سازنده بهره می‌گیرند، استفاده کنیم. اما برای انجام این کار باید درک کنیم که چگونه تغییرات در مقیاس نانو، در سطح مولکول‌های منفرد، ساختار و رفتار پروتئین را در سطح کلان تغییر می‌دهد.»
دکتر مت هیوز، همچنین از دانشکده فیزیک و نجوم و نویسنده اصلی مقاله گفت: «کنترل توانایی بلوک سازه پروتئین برای بازکردن تاخوردگی به‌منظور از بین بردن «بخیه‌های پروتئینی» منجر به ایجاد ساختارهای شبکه به‌طور قابل توجهی متفاوت با رفتار مکانیکی کاملاً متفاوت می‌شود و این نشان می‌دهد که بازشدن تاخوردگی بلوک ساختمان پروتئین‌ها نقش تعیین‌کننده‌ای در معماری شبکه‌های پروتئینی دارد.»
پروفسور دوگان افزود: «توانایی تغییر خصوصیات در مقیاس نانو لوک‌های سازنده پروتئین، مسیری قدرتمند را برای ایجاد مواد زیستی کاربردی با معماری و مکانیک قابل کنترل فراهم می‌کند.»
