Возможность использовать в технологии биологические молекулы с их способностью к самосборке весьма заманчива. На этот раз в поле зрения ученых попали шаперонины — белки, в пространственной структуре которых имеется полость.

Частица золота в полости шаперонина
Шаперонины способны формировать двумерные упорядоченные массивы
Субъединица природного шаперонина Sulfolobus (а) и его мутантов (b, c, d, e, f). Средний столбец — вид сверху, правый — вид сбоку. Желтым цветом покрашена белковая субъединица, одна из 18-ти одинаковых, составляющих комплекс
Архебактерия рода Sulfolobus — любитель экстремальной жизни

Шаперонины — это большие белковые комплексы, у которых имеется внутренняя полость диаметром, в среднем, 3 нм. В клетке они выполняют очень важную функцию: обеспечивают правильное сворачивание других белков; однако специалисты в области нанотехнологии нашли и другое применение для этих молекул.

Дело в том, что в полость шаперонина может быть помещен не только белок, но и, например, частица золота или квантовая точка. У шаперонинов есть и другая особенность: в определенных условиях они способными формировать ленты и двумерные массивы с высокой степенью упорядоченности. Такие «двумерные кристаллы» уже можно использовать как матрицы для создания упорядоченного массива квантовых точек.

Однако возможности применения шаперонинов ограничены, казалось бы, самой природой: диаметр полости (а значит, и размер захватываемых частиц) определен довольно жестко. Исправить это досадное «недоразумение» сумела группа ученых из США. Они взяли шаперонин одного из самых экстремальных жителей нашей планеты — архебактерии рода Sulfolobus, которая живет при температуре выше 80 градусов и pH ниже 3,0! Ее шаперонины состоят из 18-ти субъединиц.

Для начала исследователи изучили строение шаперонина: этот белковый комплекс состоит из двух колец, каждое из которых образовано 9-ю белковыми субъединицами (впрочем, такое строение характерно для всех шаперонинов, только число субъединиц варьирует). Каждая субъединица, в свою очередь, имеет три домена: экваториальный, маленький промежуточный и апикальный. Ученые предположили, что экваториальный домен отвечает за взаимодействие субъединиц, тогда как апикальный — за размер центральной полости. Следует отметить, что у природного шаперонина диаметр полости равен строго 3 нм.

В итоге были смоделированы мутантные субъединицы, лишенные части или целого апикального домена, и предсказана форма шаперонинов, составленных из таких измененных субъединиц. Чтобы не быть голословными, после моделирования ученые синтезировали эти белки и изучили их параметры. К их радости, мутантные белки не только собирались в двойные кольца, как было предсказано, но и формировали ленты и двумерные массивы. Теперь у ученых есть возможность выбрать шаперонин с диаметром полости 3, 9, 10 или 11 нм. А значит, технологии будущего — еще на шаг ближе.

Читайте также об исследованиях другого «экстремала», способной выжить даже под воздействием крайне жесткого излучения: «Странная ягода, устойчивая к радиации».

«Нанометр»