Их достижения, опубликованные сегодня в журнале Science Advances, являются ярким примером биомиметического дизайна [2] – создания систем, имитирующих идеи природы. «Природные биологические рецепторы могут распознавать крошечные структурные различия между мужскими и женскими стероидными гормонами, используя свои белковые карманы», – говорят авторы. "Однако до сих пор было сложно имитировать эту функцию искусственно."
Ключом к их прорыву стала уникальная конструкция полости (имитирующая естественный карман, но с использованием неестественных компонентов) внутри рецептора. Эта полость, окруженная полиароматическими каркасами [3], удерживаемыми вместе с ионами металлов, позволяла рецептору действовать как полужесткий контейнер – достаточно гибкий, чтобы дополнять форму гормона и вызывать эффективные связывающие взаимодействия.
Исследование, проведенное Митито Йошизава, Масахиро Ямасина и его коллегами, является продолжением предыдущей работы команды по разработке инновационных нанокапсул для широкого спектра приложений биосенсоров в медицине и окружающей среде.
Их эксперименты показали, что синтетический рецептор предпочтительно связывает стероидные половые гормоны в порядке, аналогичном естественным рецепторам андрогенов, начиная с мужских гормонов, таких как тестостерон и андростерон, а затем с женских гормонов, таких как прогестерон и бета-эстрадиол. При помещении в смесь мужских и женских гормонов, суспендированных в водном растворе при 60 градусах Цельсия на десять минут, рецептор связывает исключительно тестостерон с селективностью более 98%. Такой высокий уровень селективности был достигнут даже тогда, когда смесь содержала большой избыток женских гормонов.
Используя рентгеновский кристаллографический анализ, исследователи обнаружили, что сферическая полость искажается в эллиптическую форму после инкапсуляции тестостерона. Они говорят, что это конформационное изменение способствует усилению межмолекулярных взаимодействий между рецептором и гормоном.
Сделав еще один шаг, команда разработала способ использования рецептора для обнаружения очень малых количеств мужского гормона.
Они приготовили комплекс рецептор-краситель, который излучает голубовато-зеленую флуоресценцию без тестостерона. При добавлении нанограммового количества тестостерона флуоресценция значительно снизилась после инкапсуляции, что представляет собой замечательный новый сверхчувствительный метод обнаружения.
«Мы предполагаем, что в ближайшем будущем наш синтетический рецептор будет использоваться для разработки практических, сверхчувствительных аналитических устройств для определения стероидных половых гормонов, от медицинских инструментов до допинг-контроля в спорте», – говорят исследователи.
Технические понятия
[1] Андрогенные: описание группы стероидных половых гормонов, преимущественно участвующих в регуляции развития мужской репродуктивной системы.
[2] Биомиметический дизайн: область исследований, которая черпает вдохновение из биологических или природных систем (таких как структуры и функции) для разработки новых материалов и устройств.
[3] Полиароматические каркасы: плоские молекулярные структуры, состоящие из нескольких бензольных колец, слитых вместе.
Ссылки по теме
Лаборатория Акита-Йошизава. http: // www.res.титех.ac.jp / ~ smart / smart_e.html
Митито Йошизава – Новые наноструктуры с использованием самосборки https: // www.титех.ac.jp / english / исследования / рассказы / ёсидзава.html
Точный массовый анализ кластеров серы при инкапсуляции полиароматической капсульной матрицей https: // www.природа.ru / article / s41467-017-00605-5
Сладкий успех: нанокапсула отлично связывает сахарозу в воде https: // www.титех.ac.jp / english / news / 2017/039190.html