Российские физики объяснили принцип сборки белковых нанокапсул
Российские физики описали, как белки самостоятельно складываются в полые нанокапсулы. Модель поможет проектировать контейнеры для лекарств и нанореакторы.
Источник: Участники исследовательского коллектива: Ольга Коневцова, Сергей Рошаль и Дмитрий Чалин. Источник: Сергей Рошаль / ЮФУ
МОСКВА, 30 августа /Новости науки/. Ученые Южного федерального университета создали модель самосборки невирусных белковых нанокапсул. Об этом сообщила пресс-служба Российского научного фонда, поддержавшего исследование.
Такие оболочки существуют в живых клетках и помогают хранить и переносить витамины, соединения железа и другие вещества. Понимание правил их сборки может упростить разработку искусственных наноконтейнеров для адресной доставки лекарств, диагностики и проведения химических реакций внутри организма.
«Разработанная теория позволяет не только описать уже известные структуры, но и предсказывать новые», — рассказал руководитель проекта, профессор кафедры нанотехнологии ЮФУ Сергей Рошаль. По его словам, модель может стать основой для проектирования белковых оболочек с заранее заданными свойствами. Исследование опубликовано в Journal of the Royal Society Interface.
В основе модели лежит теория Ландау, описывающая упорядочение частиц при росте кристаллов и других изменениях вещества. Ученые предположили, что похожий процесс происходит при сборке белковой оболочки, но не на плоской поверхности, а на сфере.
Положение белков в модели задают так называемые волны плотности. Их можно представить как рябь на воде: гребни волн обозначают места, где должны расположиться отдельные молекулы или их группы. Форма этих волн определяет будущую геометрию оболочки — тетраэдрическую или октаэдрическую.
Исследователи также развернули сферические оболочки на плоскости — примерно так же, как поверхность глобуса превращают в карту. Выяснилось, что расположение белков напоминает квазикристаллическую мозаику: ее элементы упорядочены, но не повторяются через одинаковые промежутки.
Модель проверили на 22 реально существующих белковых оболочках. Почти все контакты между их белками совпали с ребрами предсказанных теорией сферических решеток. Дополнительные связи, не соответствовавшие идеальной схеме, обнаружились только в четырех структурах. По данным РНФ, такое совпадение указывает на то, что модель передает основные физические правила самосборки.
Обычно невирусные наноконтейнеры состоят из 12–72 белковых блоков и не предназначены для хранения генетического материала. В отличие от многих вирусных оболочек с двадцатигранной симметрией, они чаще имеют форму, основанную на четырех- или восьмиграннике.
Исследование пока не привело к созданию готовой системы доставки лекарств. Однако теория позволяет заранее определять, какие связи между белками необходимы для устойчивости оболочки, а какие лишь дополнительно ее укрепляют. Это может сократить число экспериментов при создании медицинских наноконтейнеров и нанореакторов.
Такие оболочки существуют в живых клетках и помогают хранить и переносить витамины, соединения железа и другие вещества. Понимание правил их сборки может упростить разработку искусственных наноконтейнеров для адресной доставки лекарств, диагностики и проведения химических реакций внутри организма.
«Разработанная теория позволяет не только описать уже известные структуры, но и предсказывать новые», — рассказал руководитель проекта, профессор кафедры нанотехнологии ЮФУ Сергей Рошаль. По его словам, модель может стать основой для проектирования белковых оболочек с заранее заданными свойствами. Исследование опубликовано в Journal of the Royal Society Interface.
В основе модели лежит теория Ландау, описывающая упорядочение частиц при росте кристаллов и других изменениях вещества. Ученые предположили, что похожий процесс происходит при сборке белковой оболочки, но не на плоской поверхности, а на сфере.
Положение белков в модели задают так называемые волны плотности. Их можно представить как рябь на воде: гребни волн обозначают места, где должны расположиться отдельные молекулы или их группы. Форма этих волн определяет будущую геометрию оболочки — тетраэдрическую или октаэдрическую.
Исследователи также развернули сферические оболочки на плоскости — примерно так же, как поверхность глобуса превращают в карту. Выяснилось, что расположение белков напоминает квазикристаллическую мозаику: ее элементы упорядочены, но не повторяются через одинаковые промежутки.
Модель проверили на 22 реально существующих белковых оболочках. Почти все контакты между их белками совпали с ребрами предсказанных теорией сферических решеток. Дополнительные связи, не соответствовавшие идеальной схеме, обнаружились только в четырех структурах. По данным РНФ, такое совпадение указывает на то, что модель передает основные физические правила самосборки.
Обычно невирусные наноконтейнеры состоят из 12–72 белковых блоков и не предназначены для хранения генетического материала. В отличие от многих вирусных оболочек с двадцатигранной симметрией, они чаще имеют форму, основанную на четырех- или восьмиграннике.
Исследование пока не привело к созданию готовой системы доставки лекарств. Однако теория позволяет заранее определять, какие связи между белками необходимы для устойчивости оболочки, а какие лишь дополнительно ее укрепляют. Это может сократить число экспериментов при создании медицинских наноконтейнеров и нанореакторов.
