دانشمندان دانشگاه راتگرز یک جعبه ابزار تحلیلی برای اندازه‌گیری نیروهای اتصال تک پروتئین‌ها در زمانی که آن‌ها از بستر خود (مانند یک آنزیم) دور می‌شوند، ایجاد کرده‌اند که به توسعه نانومواد جدید، بهبود تولید سوخت زیستی کمک می کند.
جعبه ابزار تحلیلی برای اندازه‌گیری نیروهای اتصال تک پروتئین‌ها
نتایج این مطالعه در Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شده است. در این پروژه، برهمکنش‌های مولکولی بین پروتئین ماژول اتصال کربوهیدرات (CBM) و سلولز بستر اتصال آن بررسی می‌شود.
سلولز، نوعی پلیمر الیاف گیاهی ساخته شده از قندهای گلوکز متعدد است، که می‌تواند برای تولید منسوجات، سلفون، مقوا و کاغذ استفاده شود، علاوه بر این به عنوان ماده اولیه تجدید پذیر برای تولید سوخت‌های زیستی و بیوشیمیایی عمل می‌کند.
سلولز فراوان‌ترین ترکیب آلی روی زمین است که به طور طبیعی توسط میکروارگانیسم‌ها تجزیه می‌شود و از این رو نقش اصلی را در چرخه جهانی کربن ایفا می‌کند. با این حال، دانشمندان هنوز درک محدودی از چگونگی شکستن سلولز توسط میکروارگانیسم‌هایی مانند باکتری با استفاده از پروتئین‌ها و آنزیم‌های اتصال کربوهیدرات به سطح زیرلایه دارند.
به گفته محققان، برای مهندسی آنزیم‌ها و میکروب‌های کارآمدتر که سلولز را به قندها برای تولید سوخت‌های زیستی مانند اتانول، بیودیزل، دیزل سبز یا بیوگاز تجزیه می‌کنند، لازم است که درک بهتری از نحوه اتصال پروتئین‌های کربوهیدراتی به بسترها به دست آید تا بتوان از آن برای مهندسی آنزیم‌های بهتر استفاده کرد و چسبندگی بهینه را برای آنزیم مشخص کرد تا با کمک این چسبندگی بهینه بتوان تجزیه سلولز توسط میکروب‌ها را به حداکثر رساند.
شیشیر چونداوات، نویسنده ارشد این مطالعه در راتگرز، گفت: «پیوند پروتئین‌ها و آنزیم‌ها به کربوهیدرات‌های پیچیده در سطح مشترک جامد-مایع، یک پدیده زیستی اساسی و مرتبط با رشد گیاه، عفونت‌های سلولی پاتوژن-میزبان، و تولید سوخت‌های زیستی است. اما چنین فرآیندهای اتصال سطحی به دلیل فقدان ابزارهای تحلیلی برای مشاهده این فعل و انفعالات مولکولی ظریف و کوتاه مدت بین پروتئین‌ها و کربوهیدرات‌ها مانند سلولز به خوبی درک نشده‌اند.»
این روش تحلیلی، محققان را برای بررسی نحوه چسبیدن پروتئین‌ها به سطوح سلولز با دقت در سطح مولکولی یاری می‌کند و بینشی در مورد مکانیسم‌های پیچیده به کار گرفته شده توسط آنزیم‌های میکروبی در طول تجزیه سلولز ارائه می‌کند.
شیشیر چونداوات گفت که جعبه ابزار توسعه یافته در این پروژه می‌تواند تماس‌های تک مولکول پروتئین-کربوهیدرات و نیروهای مربوطه را با دقت یک تریلیونم نیوتن اندازه‌گیری کند.
چنین ابزاری می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا تعاملات مولکولی چسبنده بین پروتئین‌ها و کربوهیدرات‌ها را مطالعه و تنظیم کنند که در نهایت به توسعه داروهای مبتنی بر پروتئین برای بهبود مراقبت‌های بهداشتی یا آنزیم‌های درجه صنعتی کارآمد برای تولید سوخت‌های زیستی کم‌هزینه کمک می‌کند.
