Ads-728

Ads-728

Psicología

Astrofísica

Genética

Neurociencia

» » » Diseñando proteínas para ensambarse en geometría 3D

Referencia: News.Science.Mag.org .
por Robert F. service, 28 de abril de 2013


Los nanotecnólogos llevan una racha creativa, han convertido proteínas en un origami, plegando las biomoléculas en objetos 3D relativamente complejos, como una pirámide triangular o tetraedro. El avance podría ofrecer a los investigadores una nueva forma diseñar objetos a nanoescala, útiles para una variedad de funciones, como la entrega de medicamentos y de hacer nuevos catalizadores capaces de llevar a cabo determinadas reacciones químicas en secuencia, muchas de las cuales son de la miríada de compuestos que crean y en los que se basan los organismos.


Diseñar objetos de tamaño nanométrico de las biomoléculas no ha sido fácil. Anteriormente, los investigadores habían trabajado sobre todo con el ADN, y les ha llevado más de 3 décadas poder vincular las hebras de ADN en simples triángulos y cuadrados para construir unas pirámides  y cubos 3D más complejos. En 2006, a los científicos en California lograron un gran avance cuando inventaron una técnica llamada origami de ADN, con el cual diseñaron una larga cadena de ADN que se doblaba sobre sí misma adelante y atrás, con el tiempo, fueron capaces de ensamblar prácticamente cualquier forma que diseñaban con el ADN, como una cara sonriente o una esfera.

Sin embargo, las reglas que rigen la forma de las cadenas de aminoácidos que forman las proteínas son mucho más complejas, dice Roman Jerala, químico en el Instituto Nacional de la Química de Ljubljana. Usualmente, las cadenas de aminoácidos se retuercen en alguna de las diversas formas iniciales como si fuera un hilo telefónico o de disposición laminar. Los grupos químicos de estos hilos y láminas se atraen y se repelen entre sí, forzando a la proteína a adoptar una forma 3D específica como un barril o un ventilador. Los bioquímicos computacionales han pasado décadas tratando de desentrañar estas reglas de plegamientos, en parte para diseñar nuevas proteínas a partir de cero. Sin embargo, el gran número de interacciones químicas débiles continúa haciendo la tarea muy difícil.

Los nanotecnólogos de proteínas han encontrado recientemente una manera de simplificar el problema. Por ejemplo, los investigadores dirigidos por Derek Woolfson, de la Universidad de Bristol en el Reino Unido, han creado una serie de fragmentos de proteínas precisas, diseñadas llamadas péptidos, cada uno de los cuales se agrupa espontáneamente en una cola o hilo 2D, con propiedades bien conocidas sobre cómo enlazarse con otro hilo. Colocados juntos en la solución, estos hilos fueron diseñados para reunirse en simples esferas 3D que se ensamblan a sí mismos en una serie de jaulas hexagonales, tal como informaron los investigadores a principios de este mes en Science.

Un nuevo trabajo del grupo de Jerala en Eslovenia, ha informado en la revista Nature Chemical Biology, va un paso más allá. En este caso, el equipo de Eslovenia-led creó una proteína, versión origami, similar a la anterior avance del origami de ADN. Diseñaron largas proteínas individuales, cada uno de los cuales contenía 12 secciones más cortas, con un ácido amino "bisagra" entre cada par de secciones. Igual que en el trabajo de Reino Unido, cada sección se ha diseñado en una espiral 2D con propiedades de enlazamiento. Cuando fue colocada la proteína completa en la solución, los pares de hilos de las diferentes partes a lo largo de la proteína se codificaron, de tal manera que las interacciones débiles entre los aminoácidos de los hilos se unieron.

El resultado general fue que +las proteínas de la sección 12 se ensamblaron de forma espontánea con formas de tetraedros geométricos, compuestos por cuatro caras triangulares+ (ver imagen). Es más, Jerala explicaba que el enfoque debe ser capaz de crear formas mucho más complejas mediante la reordenación de las secciones y la adición de novedosas secciones de péptidos en sus proteínas. "El cielo es el límite", apuntó Jerala. Debido a que las proteínas pueden contener 20 aminoácidos diferentes, cada uno de los que pueden servir como asidero químico único para unir otros compuestos, los investigadores lograron ensamblar estructuras novedosas. Una posibilidad, señala Jerala, es el poder crear matrices de contenedores a nanoescala, cada uno de los cuales lleva a cabo una reacción química separada, el resultado de una reacción sirve como material de partida para la siguiente. Los organismos hacen un extensivo uso de estas líneas químicas de montaje, una hazaña química que se esfuerza por duplicarse.

El trabajo de ambos equipos es "fantástico", dice Hendrik Dietz, experto en nanotecnología de ADN en la Universidad Técnica de Munich, en Alemania. Las nanoestructuras de proteínas eventualmente podrían resultar más fáciles de modificar que sus análogas naturales de ADN. Esto se debe a que podría ser más fácil enlazar proteínas adicionales a las estructuras proteicas de diseño de origami de ADN, señala Dietz. Esto puede hacer posible la ingeniería de cosas como nuevos dispositivos de almacenamiento de datos y otros materiales electrónicos que requieren de un ordenamiento atómico preciso. Esto todavía no está pasando. Pero puedes apostar a que la nanotecnología seguirá a caballo en esa carrera por poner las moléculas a trabajar.



- Imagen: proteínas especialmente diseñadas para ensamblarse espontáneamente en tetraedros 3D, vista aquí, tanto en una imagen 2D de microscopio electrónico (izquierda) y una simulación por ordenador (derecha). Crédito: H. Gradišar et al., Nature Chemical Biology, Advance Online Publication (April 2013)
.

,

«
Next
Entrada más reciente
»
Previous
Entrada antigua
Editor del blog Pedro Donaire

Filosofía

Educación

Deporte

Tecnología

Materiales