محققان ژاپنی نانوابزار زیستی ساختند که می‌تواند برای تشخیص ساختار پروتئین‌ها استفاده شود. این فناوری می‌تواند منجر به مهندسی مواد ورقه‌ای زیست سازگار، ترکیبات حمل‌کننده هدفمند دارو و حتی نانوربات‌های پروتئینی شود.
رمزگشایی از ساختار پروتئین‌ها با نانوابزار زیستی
مونتاژ پروتئین برای تشکیل ساختارهای زیستی منظم ضروری است، اما روش مهندسی را برای چنین کاری تصور کنید. این دقیقاً همان چیزی است که محققان در توکیوتک اکنون با سوزن‌های پروتئینی به آن دست یافته‌اند. با تنظیم برهمکنش نوک این سوزن‌ها، آنها امکان خودآرایی پروتئین‌ها را در ساختارهای شبکه‌ای، حالت‌های مونومری منظم و مجموعه‌های الیافی فراهم کردند و راه را برای ساخت کنترل‌شده بیشتر این گونه معماری‌های پروتئینی هموار کردند.
پروتئین‌ها بلوک‌های اصلی ساختمان بدن ما هستند. با این حال، با الگوهای تاشو و زیرساخت‌های متعدد، ساختار مولکولی و ماکروسکوپی آنها پیچیده و متنوع است. مدتی است که دانشمندان در تلاش برای رمزگشایی این ساختارها بوده‌اند و به لطف میکروسکوپ فلورسانس (FM)، میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) و AFM با سرعت بالا (HS-AFM) پیشرفت‌های زیادی حاصل شده است. با این حال، آنها قادر به مشاهده مستقیم حرکات دینامیکی پروتئین‌ها در طول مونتاژ نیستند. این موضوع معمولا به دلیل ساختار پیچیده پروتئین‌ها است که برای اندازه‌گیری با روش‌های موجود بسیار کوچک هستند.
تیمی از محققان مؤسسه فناوری توکیو (توکیوتک)، دانشگاه کیوشو، دانشگاه ناگویا و مؤسسه ملی علوم طبیعی به تازگی یک سوزن تخصصی پروتئین ناهمسانگرد (PN) برای کمک به تعیین ترکیب پروتئین‌های ناهمسانگرد مشابه ایجاد کرده‌اند که به ما کمک می‌کند سرنخ‌هایی در مورد ریزساختار و مونتاژ آنها به دست آوریم.
پروفسور تاکافومی ینو از مؤسسه فناوری توکیو، که این مطالعه را رهبری کرده، فرضیه کار خود را این گونه توضیح می‌دهد، PN ما یک پروتئین سوزنی شکل است که از بدنه سفت و سخت (β-helix)، کلاهک انتهایی (foldon) و یک اتصال موتیف (برچسب هگزا هیستیدین، تگ His-) تشکیل شده است. با اصلاح این PN ها با حذف موتیف تگ His و کلاهک تاشو، می‌توانیم سه نوع مختلف PN تولید کنیم. این کار ما را قادر می‌سازد تا الگوهای مختلف مونتاژ و نحوه تغییر آنها را تنظیم و مشاهده کنیم. این فناوری به ما سرنخ‌هایی از مکانیک برهمکنش‌های مختلف پروتئین-پروتئین که در طبیعت می‌یابیم، می‌دهد. نتایج این مطالعه در مجله Small منتشر شده است.
در محلول، PNها به طور خود به خود یک ساختار بسیار پایدار با طول حدود ۲۰ نانومتر و عرض حدود ۳٫۵ نانومتر تشکیل می‌دهند، این ساختار به اندازه کافی کوچک است که برای ردیابی حرکت چرخشی مولکول‌های منفرد مناسب بوده و در عین حال از نظر مکانیکی قوی است.
این توانمندی به نوبه خود به این تیم اجازه داد تا فرآیندهای پویا درگیر در مونتاژ پروتئین را از طریق ترکیبی از HS-AFM و شبیه‌سازی‌ها بررسی کند. نتایج نشان داد که شکل‌گیری ساختار شبکه مثلثی توسط حرکات دینامیکی PN هدایت می‌شود که به تشکیل شبکه‌های منظم کمک می‌کند.
این یافته‌ها محققان را هیجان زده کرده است که در حال فکر کردن به پیامدهای بالقوه آن هستند. این مولکول‌ها چنان نقش مهمی در سیستم‌های زیستی بازی می‌کنند که درک ساختار آنها می‌تواند دانش آنها را به‌طور قابل توجهی افزایش دهد. به‌عنوان مثال، ما می‌توانیم از این اطلاعات برای ساخت ساختارهای فوق مولکولی با طراحی حرکات جمعی پویا پروتئین‌ها استفاده کنیم. این مفهوم می‌تواند منجر به مهندسی مواد ورقه ای زیست سازگار، حمل و نقل هدفمند دارو، و حتی نانو ربات‌های مبتنی بر پروتئین شود.
