В конечном итоге биоматериалы могут найти применение для восстановления суставов или заживления ран, а также в других областях здравоохранения и производства продуктов питания.
Но одна из фундаментальных проблем – контролировать и точно настраивать способ сборки строительных блоков белка в сложные белковые сети, которые составляют основу биоматериалов.
Ученые из Лидса исследуют, как изменения в структуре и механике отдельных строительных блоков белка – изменения в наномасштабе – могут изменить структуру и механику биоматериала на макроуровне, сохраняя при этом биологическую функцию белковой сети.
В статье, опубликованной научным журналом ACS Nano, исследователи сообщают, что им удалось изменить структуру белковой сети, удалив определенную химическую связь в строительных блоках белка. Они назвали эти связи «белковыми продуктами»."
При удалении белковых скоб отдельные белковые молекулы легче разворачиваются, когда они соединяются вместе и собираются в сеть.
Это привело к образованию сети с областями свернутого белка, соединенными областями, содержащими развернутый белок, что привело к очень разным механическим свойствам биоматериала.
Профессор Лорна Дуган из Школы физики и астрономии в Лидсе, которая руководила исследованием, сказала: «Белки обладают удивительными функциональными свойствами. Мы хотим понять, как мы можем использовать эту разнообразную биологическую функциональность в материалах, которые используют белки в качестве строительных блоков.
«Но для этого нам нужно понять, как изменения в наномасштабе, на уровне отдельных молекул, изменяют структуру и поведение белка на макроуровне."
Доктор Мэтт Хьюз, также из Школы физики и астрономии и ведущий автор статьи, сказал: «Контроль способности строительного блока белка разворачиваться путем удаления« белковых скрепок »привело к существенно различающимся сетевым архитектурам с заметно разным механическим поведением, и это демонстрирует, что разворачивание строительного блока белка играет определяющую роль в архитектуре белковых сетей и последующей механике."
Исследователи использовали помещения Центра структурной молекулярной биологии Астбери и Школы физики и астрономии в Лидсе, а также объект нейтронного мюонного источника ISIS в лаборатории STFC Резерфорд Эпплтон в Оксфордшире. Используя пучки нейтронов, он позволил им идентифицировать критические изменения в структуре белковой сети, когда наноштабы были удалены.
В связи с экспериментальной работой доктор Бен Хэнсон, научный сотрудник Школы физики и астрономии в Лидсе, смоделировал происходящие структурные изменения. Он обнаружил, что именно акт развертывания белка во время формирования сети имеет решающее значение для определения сетевой архитектуры белковых гидрогелей.
Профессор Дуган добавил: «Возможность изменять наноразмерные свойства белковых строительных блоков, от жесткого, сложенного состояния до гибкого, развернутого состояния, обеспечивает мощный путь к созданию функциональных биоматериалов с управляемой архитектурой и механикой."
Исследование проводилось при содействии профессора Дэвида Броквелла и Софи Кассонс, техника-исследователя, в Центре структурной молекулярной биологии Astbury в Лидсе.