Białko sprzeczne z zasadami geomerii

Międzynarodowy zespół pod kierunkiem brytyjskiego prof. Jonathana Heddle ma nadzieję, że opisane w prestiżowym periodyku odkrycie jest krokiem w stronę szerszego wykorzystania sztucznych klatek białkowych o właściwościach niespotykanych w naturze. To mogłoby docelowo zrewolucjonizować terapie białkowe lub leczenie przy wykorzystaniu DNA lub RNA, potencjalnie pozwalając na większą skuteczność np. w walce z chorobami nowotworowymi.

W naturze podobne klatki białkowe o pustym wnętrzu występują m.in. w wirusach, które transportują w ten sposób materiał genetyczny.

"Strukturalna biologia syntetyczna zajmuje się tworzeniem ich sztucznych wersji. Tak jak samolot jest sztucznym ptakiem, który ma wiele przewag nad oryginałem - prędkość, wysokość latania - tak samo chcemy tworzyć własne kopie tych wspaniałych maszyn występujących w naturze, które następnie moglibyśmy usprawnić, wzmocnić i nadać im pożądane właściwości" - tłumaczył w rozmowie z PAP Heddle.

W trakcie badań jego zespół odkrył m.in., że występujące naturalnie skomplikowane wiązania między białkami mogą być zastąpione pojedynczym jonem złota, działającym jako "zszywka", co zapewnia wyjątkową wytrzymałość konstrukcji, a jednocześnie pozwala zachować większą kontrolę nad strukturą klatki, w tym nawet doprowadzenie do jej rozpadu na żądanie w momencie wystąpienia ścieśle określonych warunków chemicznych.

Naukowcy odkryli, że potencjalnie możliwe jest stworzenie wypukłych wielościanów, które dotychczas były uznawane za matematycznie niemożliwe, bo powstała klatka białkowa jest na tyle elastyczna, że "staje się bliska regularnemu kształtowi, a odstępstwa są niezauważalne dla oka".

Możliwość stworzenia z jedenastokątnych pierścieni białkowych 24-ściennej klatki o średnicy ledwie 22 nanometrów pozwala na wykorzystanie także tych białek, które choć mają użyteczne właściwości były dotychczas uważane za trudne do wykorzystania ze względu na swój nietypowy kształt.

Heddle przyznał jednocześnie ze śmiechem, że "struktura opisana w +Nature+ nie była czymś, co do końca mogliśmy przewidzieć - w końcu było to uznawane za matematycznie niemożliwe - ale w nauce jest tak, że jak prowadzisz badanie i otrzymujesz niespodziewany wynik, to w poszukiwaniu przełomowego odkrycia warto pociągnąć ten temat dalej".

"W przyszłości chcielibyśmy móc modyfikować tę klatkę tak, aby automatycznie rozpoznawała i wchodziła w interakcję jedynie z chorymi komórkami (...), rozpadając się w odpowiednim momencie i uwalniając swoją zawartość" - tłumaczył Brytyjczyk, wskazując na możliwość zastosowania tego w systemach pozwalających na transport leków wewnątrz organizmu.

"Kolejnym krokiem jest zastanowienie się nad tym, w jakim celu moglibyśmy wykorzystać naszą strukturę. Pomyślmy na przykład o raku: to są różnego rodzaju struktury dla różnego rodzaju raka; różne tkanki, komórki i receptory. Musimy rozwinąć to badanie dalej, a jeśli będzie przynosiło obiecujące wyniki - to zacząć pracować z lekarzami i firmami farmaceutycznymi, choć to oczywiście zależy od naszego postępu" - powiedział.

Naukowiec zastrzegł jednak, że "oczywiście, za każdym razem podanie obcego białka do organizmu (w tym przypadku - klatki białkowej) wiąże się z ryzykiem wywołania reakcji immunologicznej i nasz przypadek nie stanowi odstępstwa od tej reguły".

"Możliwość stworzenia sztucznej, wysoce kontrolowalnej struktury, którą możemy dalej modyfikować daje jednak szansę na ominięcie systemu immunologicznego i planujemy dalsze prace na ten temat w przyszłości" - tłumaczył.

Brytyjczyk dodał, że ma nadzieję, że środowa publikacja w "Nature" pozwoli na "wysłanie jasnego sygnału, że nauka w Polsce się szybko rozwija i zachęci potencjalnych partnerów i młodych naukowców szukających na przykład stanowisk po uzyskaniu doktoratu do rozważenia pracy w Polsce".

Wieloletnie badanie zostało sfinansowane przez Narodowe Centrum Nauki, a partnerami w projekcie byli m.in. naukowcy z Uniwersytetu w Oksfordzie i Durham w Wielkiej Brytanii, a także z Japonii, Kanady i Słowenii.

"W ten sposób prowadzone są badania na najwyższym poziomie: są multidyscyplinarne, przekraczające bariery narodowe. Wybiera się po prostu najlepszych ludzi, którzy są zdolni i zainteresowani wspólną pracą nad tym tematem" - tłumaczył Heddle, wskazując, że także w jego laboratorium są m.in. naukowcy z Polski, Indii, Japonii, Niemiec i Rosji.

Brytyjskie "Nature" jest uważane za jedno z najbardziej prestiżowych czasopism naukowych na świecie, a wszystkie zgłaszane do publikacji badania są poddawane rygorystycznej ocenie niezależnych recenzentów. Pełna publikacja dostępna jest na stronie: http://dx.doi.org/10.1038/s41586-019-1185-4

Jakub Krupa