Zespołowi kierowanemu przez prof. Jonathana Heddle`a z Małopolskiego Centrum Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego udało się zaprojektować i zbudować niespotykaną w przyrodzie białkową klatkę o średnicy 22 nanometrów. Taki maleńki, pusty w środku kompleks białkowy ma ciekawe właściwości. – Jest niewiarygodnie stabilny – mówi w rozmowie z PAP prof. Heddle. Klatka nie rozpadnie się nawet, jeśli będzie gotowana w wodzie przez kilka godzin. A w dodatku jest odporna na działanie kwasów i zasad (pH 3-12) i świetnie rozpuszcza się w wodzie. Wyniki badań opublikowano w prestiżowym "Nature".

Naukowcy liczą na to, że w takich klatkach będzie można dostarczać do komórek potrzebne tam substancje i w warunkach kontrolowanych je uwalniać. We wnętrzu białkowej klatki – o wielkości zbliżonej do wirusa – można zamknąć niezwykłe skarby. Zmieści się tam nawet kilkadziesiąt cząsteczek białka, kwasy nukleinowe czy np. leki. Choć obiekt jest stabilny, to świetnie wiadomo, jak taką "złotą klatkę" otworzyć. Wiązania ze złotem rozpadają się bowiem w warunkach, jakie panują chociażby wewnątrz komórki.

Już samo wyprodukowanie sztucznego białka jest sztuką. Ale to nie wszystko, co udało się międzynarodowemu zespołowi pokazać. Okazuje się, że białkowe podjednostki tworzące tę strukturę nie są ze sobą sklejone ani splątane, jak to zwykle w białkach bywa. Połączone są ze sobą bardzo elegancko – jedynie dzięki wiązaniom z jonów złota. Dzięki temu z białek takich łatwiej wytwarzać struktury o kontrolowanych kształtach. – Wchodzimy na kolejny poziom, jeśli chodzi o kontrolę w wytwarzaniu sztucznych klatek białkowych – komentuje prof. Heddle.

Kolejną ciekawostką związaną ze "złotą białkową klatką" jest to, że obiekt ten na pierwszy rzut oka może się matematykom wydać obiektem... niemożliwym do wykonania. – Geometria tej klatki jest sprzeczna z prawami matematyki – mówi PAP współautor badania dr Artur Biela z UJ. I wyjaśnia, że białkowa klatka składa się z 24 jednakowych 11-kątnych pierścieni białkowych połączonych jonami złota. Z nich udało się złożyć w przestrzeni 24-ścian. Bryłę archimedesową... No prawie...

Matematyk powiedziałby, że taki 24-ścian, jaki zaprezentowano w "Nature" może i da się złożyć z 24 pięciokątów, ale nie z samych 11-kątów. 11-kąty bowiem to nie są figury, które wystarczą, aby zbudować wielościan. Co jednak nie jest możliwe w sztywnym świecie matematyki, jest – jak się okazuje – możliwe do wykonania w świecie giętkich białek. Białka są bowiem na tyle elastyczne, że drobne nieregularności, jakie w bryle występują, udaje się łatwo zatuszować. Co więc matematykom wydawało się niemożliwe, udało się wykonać biologom. Zaprojektowana przez zespół białkowa "złota klatka" składa się z 264 jednakowych białek (TRAP) spiętych w 11-kątne pierścienie. 24 takie pierścienie łączy ze sobą 120 "złotych spinek" – pojedynczych jonów złota.

Prof. Jonathan Heddle z modelem białkowej klatki. Fot: Elżbieta Wątor

Wydawać się może, że złoto – w końcu metal szlachetny – nie reaguje z innymi pierwiastkami. Prof. Heddle tłumaczy jednak, że nanocząstki złota oraz jony tego pierwiastka są w stanie wchodzić w reakcję. I tę właśnie właściwość naukowcy wykorzystali do budowy całkiem nowatorskich klatek białkowych. Naukowcy mają już kolejne pomysły, jak z białkowych składników zbudować inne "matematycznie niemożliwe" bryły.

Naukowcy nie tylko zaprojektowali białko, ale również wyprodukowali je, dokładnie poznali jego strukturę i zbadali jego właściwości. W dalszych badaniach chcą modyfikować swoje białkowe "złote klatki" tak, by nadawać im kolejne pożądane właściwości. Np. takie, które bezpiecznie zaprowadzą taką białkową szkatułkę w pożądane miejsce w organizmie i w odpowiednim momencie ją otworzą.

Na zdjęciu głównym: Model "matematycznie niemożliwej" białkowej "złotej" klatki o średnicy ok. 22 nm. Klatka zbudowana jest z 24 11-kątnych pierścieni białkowych (na rysunku każdy w innym kolorze) połączonych jonami złota (żółte kulki). W tle modele innych "niemożliwych" brył, o których mowa w artykule w "Nature". Fot: Heddle Lab, UJ.

Źródło informacji: PAP - Nauka w Polsce, Ludwika Tomala