El potencial del diseño modular para proteínas nuevas que no existen en el mundo natural se explora el 16 de diciembre en la revista Naturaleza . Los informes son los últimos de una serie reciente de desarrollos hacia proteínas de diseño personalizado.
Las proteínas naturales son las máquinas a nanoescala que realizan casi todas las funciones esenciales en los seres vivos.
Si bien se sabe desde hace más de 40 años que la secuencia de aminoácidos de una proteína determina su forma, ha sido un desafío para los científicos predecir la estructura tridimensional de una proteína a partir de su secuencia de aminoácidos.
Por el contrario, ha sido difícil para los científicos diseñar nuevas secuencias de aminoácidos que se plieguen en estructuras nunca vistas hasta ahora. La estructura de una proteína dicta los tipos de tareas bioquímicas y biológicas que puede realizar.
El Naturaleza los documentos analizan un tipo de construcción natural: proteínas formadas por copias repetidas de un componente estructural. Los investigadores examinaron el potencial para crear nuevos tipos de estas proteínas. Así como la industria manufacturera fue revolucionada por partes intercambiables, originando moléculas de proteínas con elLos giros, giros y conexiones correctos para su ensamblaje modular serían una dirección audaz para la biotecnología.
Los documentos son 'Explorando el universo proteico repetido a través del diseño computacional' y 'Diseño racional de proteínas repetidas en tándem alfa-helicoidales con arquitectura cerrada'. Los hallazgos sugieren las posibilidades de producir geometrías proteicas útiles que excedan lo que la naturaleza ha logrado.
El trabajo fue dirigido por los becarios posdoctorales TJ Brunette y Fabio Parmeggiani en el laboratorio de David Baker en el Instituto de Diseño de Proteínas de la Universidad de Washington y Lindsey Doyle en el laboratorio de Phil Bradley en el Instituto de Investigación del Cáncer Fred Hutchinson en Seattle.
Además, en los últimos meses, los investigadores del Instituto de Diseño de Proteínas de la Universidad de Washington, Fred Hutch, y sus colegas de otras instituciones han descrito otros avances en dos áreas problemáticas de larga data en la construcción de nuevas proteínasdesde cero
"Ha sido un año decisivo para las predicciones y el diseño de la estructura de proteínas", dijo el investigador de Medicina de la Universidad de Washington David A. Baker, profesor de bioquímica de la Universidad de Washington, investigador del Instituto Médico Howard Hughes y director del Instituto de Diseño de Proteínas de la Universidad de Washington.
El problema de la estructura de la proteína es descubrir cómo la composición química de una proteína predetermina su estructura molecular y, a su vez, su papel biológico. Los investigadores de la Universidad de Washington han desarrollado algoritmos poderosos para hacer predicciones ciegas, precisas y sin precedentes sobre la estructura de proteínas grandes de más de200 aminoácidos de longitud. Esto ha abierto la puerta para predecir las estructuras de cientos de miles de proteínas recientemente descubiertas en el océano, el suelo y el microbioma intestinal.
Igualmente difícil es diseñar secuencias de aminoácidos que se plieguen en nuevas estructuras de proteínas. Los investigadores ahora han demostrado la posibilidad de hacerlo con precisión para los pliegues de proteínas inspirados en proteínas naturales.
Más importante aún, los investigadores ahora pueden idear secuencias de aminoácidos para crear nuevos pliegues desconocidos anteriormente, superando con creces lo que se prevé que ocurra en el mundo natural.
Las nuevas proteínas están diseñadas con la ayuda de voluntarios de todo el mundo que participan en el proyecto informático distribuido Rosetta @ home. Las secuencias de aminoácidos diseñadas a medida se codifican en genes sintéticos, las proteínas se producen en el laboratorio y se revelan sus estructurasa través de cristalografía de rayos X. Los modelos de computadora en casi todos los casos coinciden con las estructuras cristalinas determinadas experimentalmente con una precisión cercana al nivel atómico.
Las investigaciones también han informado sobre nuevos diseños de proteínas, todos con una precisión casi atómica, para formas como barriles, láminas, anillos y tornillos. Esto se suma a los logros anteriores en el diseño de cubos y esferas de proteínas, y sugiere la posibilidad de hacer un producto totalmente nuevo.clase de materiales proteicos.
Al promover avances como estos, los investigadores esperan construir proteínas para tareas críticas en ámbitos médicos, ambientales e industriales. Ejemplos de sus objetivos son herramientas a nanoescala que: estimulan la respuesta inmune contra el VIH y otros virus recalcitrantes, bloquean el virus de la gripe paraque no puede infectar células, dirigir medicamentos a las células cancerosas al tiempo que reduce los efectos secundarios, evita que los alérgenos causen síntomas, neutraliza los depósitos, llamados amiloides, se cree que daña los tejidos vitales en la enfermedad de Alzheimer, absorbe los medicamentos en el cuerpo como antídoto y cumple otrosnecesidades diagnósticas y terapéuticas. Los científicos también están interesados en nuevas proteínas para biocombustibles y energía limpia.
Además del informe de esta semana sobre la construcción modular de proteínas con motivos repetidos, aquí hay algunos otros desarrollos recientes :
"Este logro fue un jonrón de Grand Slam en la historia de la predicción de la estructura de la proteína", dijo Baker.
Este logro ha abierto la puerta a los bioingenieros para generar enzimas totalmente nuevas que aceleran las reacciones químicas al colocar moléculas más pequeñas en compartimientos de barril personalizados.
Esta investigación tiene aplicaciones para nanomateriales de proteínas autoensamblables, especialmente sensores eficientes o cosechadoras de luz.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Ciencias de la Salud de Washington / Medicina de la Universidad de Washington . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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