БиологияЗдоровье и медицинаНовости

Представлена самая маленькая в мире антенна из ДНК


Понимание взаимосвязи между структурной динамикой белков и их функцией имеет решающее значение как для фундаментальных исследований, так и для биотехнологии. Подобно радиоантеннам, которые способны принимать и излучать волны, недавно разработанная флуоресцентная наноантенна может принимать и излучать свет определенного цвета в зависимости от движения обнаруженного белка. Это интересное применение в идентификации новых лекарств или в развитии нанотехнологий.

Имея длину всего пять нанометров (примерно в 1000 раз меньше бактерии), самая маленькая из когда-либо созданных антенн следит за динамикой белков, которая постоянно меняется. Исследователи из Монреальского университета опубликовали свою работу в журнале Nature Methods.

Наноантенна, сделанная из ДНК, также является флуоресцентной, то есть использует световые сигналы для записи и передачи информации. "Наноантенна принимает свет одного цвета, также называемого длиной волны, и в зависимости от движения обнаруживаемого белка отправляет обратно свет другого цвета, который мы можем обнаружить", — объясняет химик Алексис Валле-Белисл в пресс-релизе Монреальского университета. Поэтому воспринимаемые световые сигналы могут быть использованы для изучения движения и структурных изменений белков в реальном времени.

Белки — это сложные молекулы, которые выполняют в организме множество важнейших задач, от поддержки иммунной системы до регулирования функций органов. Однако распространено заблуждение, что белки имеют уникальную структуру, определяемую последовательностью их аминокислот. В действительности они принимают множество различных конформаций: это и есть динамика белка. Переходы между этими состояниями происходят в различных масштабах длины и времени.

Однако авторы исследования ясно дают понять, что методы изучения быстрой динамики структурных изменений в белках ограничены. "Методы высокого структурного разрешения, включая ядерный магнитный резонанс и рентгеновскую кристаллографию, часто не могут быть непосредственно применены для изучения короткоживущих состояний белков", — говорят они.

Например, новейшая технология синтеза ДНК, разработка которой ведется уже около 40 лет, позволяет создавать индивидуальные наноструктуры различной длины и гибкости. Они оптимизированы для выполнения таких функций, как захват очень короткоживущих состояний белка. По мнению исследователей, это означает, что существует множество потенциальных применений, как в биохимии, так и в нанотехнологиях в целом.

В данном исследовании платформа и связующее вещество опосредуют взаимодействие красителя с белком посредством высокой локальной концентрации. Более понятно, что конформационные изменения в белке влияют на химическое окружение красителя и затем генерируют изменение сигнала флуоресценции, видимое исследователями. Играя с длиной связующего элемента и типом красителя, исследователи использовали эту стратегию для мониторинга функций трех различных белков: стрептавидина, щелочной фосфатазы и протеина G.

Например, с помощью экспериментов и молекулярного моделирования команда обнаружила и охарактеризовала пять различных конформационных состояний фермента кишечной щелочной фосфатазы, включая переходный фермент-субстратный комплекс. Этот фермент, вероятно, участвующий в поддержании гомеостаза кишечной микробиоты, представляет большой интерес для профилактики пищеварительных и воспалительных заболеваний.

Одним из главных преимуществ флуоресцентных наноантенн является их удобство. Например, наноантенны можно использовать с простым обычным спектрофлуорометром, в отличие от специализированных методик. Лаборатории всего мира могут легко использовать эти наноантенны для изучения своего "любимого белка", выявления новых лекарств или разработки новых нанотехнологий.

Еще одним важным преимуществом наноантенн является их универсальность. Их можно использовать для мониторинга различных биомолекулярных механизмов в режиме реального времени, включая малые и большие конформационные изменения - в принципе, любое событие, которое может повлиять на эмиссию флуоресценции красителя. Однако следует отметить, что некоторые белки могут не работать ни с одним красителем. "Однако мы считаем, что универсальность стратегии наноантенн может быть улучшена путем скрининга большей библиотеки красителей [...]. Наши флуоресцентные наноантенны найдут интересное применение в изучении структуры и функции белков и в высокопроизводительном скрининге", — заключают исследователи.

Подписывайтесь на нас
Back to top button