Японские биоинженеры разработали протеиновые кристаллы с пористой структурой, способной удерживать экзогенные молекулы внутри живых клеток. В перспективе такие пористые кристаллы можно будет использовать, например, для внутриклеточной доставки лекарств или ферментов. Статья опубликована в журнале ACS Nano.
Прототипом для протеиновых кристаллов стала белковая оболочка циповирусов, вызывающих полиэдрозы у насекомых. Эти вирусы заключены в многогранные защитные белковые кристаллы, называемые полиэдрами и обладающие очень высокой стабильностью. Эта стабильность обеспечивается плотной упаковкой полиэдриновых мономеров в тримеры, которые образуют кристалл c низкой пористостью, ограничивающей включение чужеродных молекул.
Авторы предположили, что увеличение пористости полиэдринового кристалла при сохранении его стабильности позволит использовать его для захвата и хранения экзогенных молекул в живых клетках. Для повышения пористости ученые с помощью методов генной инженерии удалили аминокислотные остатки, находящиеся на контактной поверхности каждого тримера. Это позволило сохранить исходную структуру кристаллической решетки, но при этом увеличить размер пор.
Ученые также проследили, как ведут себя мутантные кристаллы внутри живых клеток насекомых. Кристаллы оказались очень стабильными и способными накапливать краску прямо внутри клеток.
Исследование открывает перспективы для разработки наноматериалов с регулируемой пористостью из природных самоорганизующихся белковых кристаллов. Такие пористые кристаллы можно будет использовать, например, для внутриклеточной доставки лекарств или ферментов. Также белковые поры могут использоваться для структурного анализа клеточных молекул методом кристаллизации.
Кристаллизация — один из основных методов изучения структуры мембранных белков. Крупные кристаллы белков изучаются с помощью методов рентгенокристалографии, позволяющих по картине рассеяния излучения очень точно определить их молекулярную структуру. Недавно другая группа японских ученых описала кристаллизацию светочувствительных мембранных белков бактериородопсинов. Оказалось, что во время кристаллизации они ведут себя как «каннибалы»: рост крупных кристаллов происходит за счет «пожирания» более мелких кристаллов вокруг себя.
Софья Долотовская
