Washingtonin yliopiston (Seattle) David Baker laboratorion tutkijat ovat valmistaneet keinotekoisia proteiineja, jotka laskostuvat odotusten mukaisesti.
 |
| Proteiinien kolmiulotteinen rakenne tekee niistä toimivia nanokokeita. (PASIEKA/SCIENCE PHOTO LIBRARY) |
Aminohappoketjuista koostuvat proteiinit ovat eräs elämän keskeisistä elementeistä. Proteiinit ovat solun nanokoneita, jotka hoitavat monenlaisia elämän kannalta välttämättömiä tehtäviä. Ennenkuin ribosomin kokoamasta aminohappoketjusta tulee tiettyyn toimintoon kykenevä proteiini, sen on laskostuttava kolmiulotteiseen muotoon. Laskostuminen on jo kauan ollut vaikea biokemiallinen ongelma, sillä sen kaikkia yksityiskohtia tai toimintaperiaatteita ei tunneta. Satoja aminohappoja pitkä ketju voi periaatteessa laskostua lukuisilla eri tavoilla ja kuitenkin sen on laskostuttava juuri tietyllä tavalla, jotta siitä tulisi toimiva proteiini.
Nyt tutkijat kertovat suunnitelleensa viisi proteiinia alkutekijöistään (aminohapoista), jotka laskostuvat luotettavasti suunniteltuun muotoon. Sokkotestissä syntetisoidut aminohappoketjut laskostuivat kutakuinkin odotusten mukaisesti.
Tutkimusta johtivat proteiinitutkija- ja aviopari Nobuyasu Koga ja Rie Tatsumi-Koga. He tarkastelivat satojen proteiinien rakennetta ja kehittivät havaintojensa perusteella muutamia laskostumissääntöjä, joita he halusivat testata.
Proteiinisäikeet muodostavat kierteitä ja muita sekundaarisia rakenteita, jotka vielä laskostuvat lopulliseen muotoon. Tutkijaryhmä havaitsi, että osien kääntyminen suuntaan tai toiseen riippui osia yhdistävien lenkkien pituudesta. Valitsemalla oikeanpituisia lenkkejä rakenneyksiköiden väliin, tutkijat kykenivät ennustamaan rakenteen laskostumisen.
Näiden ja muutamien muiden kriteerien avulla tutkijaryhmä suunnitteli muutamia aminohappoketjuja, jotka oli tarkoitettu laskostumaan tietyllä tavalla. Vapaaehtoisten kotitietokoneiden laskentavoimaa hyödyntävien tietokonesimulaatioiden avulla jokaisen ketjun laskostuminen testattiin satojatuhansia kertoja. Noin 10 % ketjuista laskostui stabiiliin muotoon ennusteen mukaisesti.
Seuraavaksi tutkijat syntetisoivat nämä proteiinit ja niiden todellista laskostunutta muotoa verrattiin ennustettuun muotoon. Proteiinien muodon magneettiresonassilla (MNR) selvittänyt Gaetano Montelione Rutgers yliopistosta (New Jersey) kertoo, että "on huomattavaa kuinka hyvin ennustetut rakenteet vastaavat havaittuja rakenteita."
Tutkijaryhmän konstruoimat proteiinit ovat vain "platonisia ideaaleja", Montelione sanoo. Ne ovat yksinkertaisia ja jokainen aminohappo on optimoitu laskostumaan tietyllä stabiililla tavalla. Tällä tavoin ne eroavat luonnon proteiineista, jotka ovat kompromisseja optimaalisen laskostumisen ja toiminnallisuuden kesken. Tämän johdosta niissä on osia, jotka voivat olla tarpeellisia toiminnan kannalta, mutta tekevät laskostumisesta epästabiilimman. Esimerkiksi synteettisesti valmistetut proteiinit hajoavat n. 100 °C lämpötilassa, kun luonnon proteiinit hajoavat jo n. 40-50 °C:ssa.
Miksi tutkijat eivät ottaneet jotakin luonnon proteiinia lähtökohdaksi, vaan suunnittelivat kokonaan uuden proteiinin? Tutkijoiden mukaan evoluutio on hionut luonnon proteiinien rakenteet niin täydellisiksi, että niitä on vaikea muuttaa toisenlaiseen muotoon ja toimintoon. Kuinkahan proteiinien evoluutio on sitten mahdollista?
Tutkijat ovat siis osanneet suunnitella proteiineja, jotka kutakuinkin laskostuvat ennustetulla tavalla. Ne eivät kuitenkaan ole luonnon proteiinien kaltaisia nanokoneita, koska niihin ei liity mitään toimintoa. Se johtuu yksinkertaisesti siitä, että tutkijat eivät vielä osaa suunnitella toiminnallisia proteiineja. Proteiinien laskostumisen ja toiminnallisuuden yhteensovittaminen on oletettavasti erittäin vaativa tehtävä, eikä sitä ainakaan opistoinsinöörien kannatta yrittää.
Tutkimus on osoittanut, että tietyllä tavalla laskostuvia proteiineja voidaan suunnitella ja valmistaa. Lisäksi voimme päätellä, että riittävän älykäs suunnittelija osaisi suunnitella proteiineja, joilla on jokin toiminto.
Lähde:
http://www.nature.com/news/proteins-made-to-order-1.11767#/ref-link-1
Ei kommentteja:
Lähetä kommentti