Впервые исследователи успешно создали и охарактеризовали полностью функциональную нанопору с зеркальной структурой — молекулярные ворота, полностью построенные из D-аминокислот, зеркальных аналогов природных строительных блоков белков. Работа под руководством профессора доктора Кожинжампары Р. Махендрана в Центре биотехнологий имени Раджива Ганди (Индия) в сотрудничестве с Университетом Конструктора и другими партнёрами демонстрирует не только крупный прорыв в нанонауке, но и открывает многообещающие возможности в биомедицине, включая потенциальную терапию рака.
Природные белки почти полностью состоят из L-аминокислот, в то время как их D-аналоги обычно играют лишь второстепенную роль
Создание белков из D-аминокислот — чрезвычайно сложная задача, но она предлагает значительные преимущества: такие зеркальные структуры часто более устойчивы к деградации и могут по-разному взаимодействовать с биологическими системами.
В этом исследовании команда разработала синтетический стабильный и чётко определённый D-пептид, названный DpPorA. Примечательно, что, изменив распределение зарядов, они смогли создать улучшенные версии этих пор с повышенной проводимостью и селективностью в различных солевых условиях.
Эксперименты показали, что эти поры могут обнаруживать широкий спектр биомолекул на уровне отдельных молекул, включая пептиды, циклические сахара и некоторые белки, в том числе те, которые играют центральную роль в исследованиях болезни Паркинсона. Флуоресцентная микроскопия подтвердила, что поры образуют большие гибкие каналы в мембранах, обеспечивая транспорт молекул в зависимости от их размера.
«Наши симуляции предоставили картину на молекулярном уровне, необходимую для доказательства того, что эти нанопоры с зеркальной структурой являются точными аналогами своих природных аналогов», — говорит профессор доктор Ульрих Кляйнекатёфер, профессор физики в Университете Конструктора в Бремене и соавтор исследования, опубликованного в Nature Communications. «Это понимание было важно для объяснения экспериментов и будет определять разработку улучшенных вариантов пор в будущем».
Симуляции, проведённые учёными из Университета Конструктора, сыграли ключевую роль в проверке архитектуры нанопоры с зеркальной структурой. Сравнивая D-пору с её природным L-аналогом, исследования молекулярной динамики подтвердили, что обе структуры являются идеальными структурными отражениями друг друга, а также объяснили тонкие различия в проводимости и селективности, наблюдаемые в экспериментах.
«Вычислительная работа дала нам уверенность в том, что мы действительно имеем дело с настоящей нано порой с зеркальной структурой», — объясняет доктор Калянэшис Джана, постдокторант в группе Кляйнекатёфера и первый автор статьи.
Результаты исследования указывают на захватывающий потенциал в биомедицине. В клеточных исследованиях флуоресцентно меченые нанопоры с зеркальной структурой показали сильное разрушающее мембраны действие в раковых клетках, но не оказали влияния на нормальные клетки, намекая на селективную цитотоксичность, которую однажды можно будет использовать для терапии рака.
Исследование также отражает преемственность научного сотрудничества через границы и поколения. И Махендран, и его коллега доктор Харша Баджадж получили докторские степени под руководством профессора доктора Матиаса Винтерхальтера в бывшем Университете Джейкобса в Бремене (ныне Университет Конструктора). Сегодня они продолжают сотрудничать с учёными Университета Конструктора, демонстрируя долгосрочные сети экспертных знаний, которые способствуют научному прогрессу.
Предоставлено Университетом Конструктора