Načrtovana proteinska mreža kot perspektiven pameten nanomaterial

Avtorija:

Borut Šketa, 4. f, Lucija Parkelj, 4. f

Mentorji:

Alenka Mozer – Gimnazija Vič, dr. Helena Gradišar – Kemijski inštitut, prof. dr. Roman Jerala – Kemijski inštitut, Nino Bašić – Fakulteta za matematiko in fiziko UL

Ključne besede:

bionanomateriali, ovite vijačnice, proteinska mreža, samosestavljanje

Povzetek:

Bionanotehnološke raziskave so v zadnjem času usmerjene tudi v razvoj in sintezo novih bionanomaterialov. Molekularno samosestavljanje, kot glavni način organizacije v bioloških sistemih, omogoča pripravo novih proteinskih nanomaterialov, ki so pametni, prilagodljivi, biokompatibilni in biološko razgradljivi. V raziskavi smo preučevali načrtovanje modela 2D proteinske kvadratne mreže, ki bi se iz preprostih osnovnih gradnikov samosestavila. Najprej smo preučili geometrijske značilnosti stabilne kvadratne mreže in poiskali ustrezne rešitve, temu je sledil prevod matematične rešitve v proteinsko mrežo, v kateri vsak rob predstavlja dimer ovite vijačnice. Z eksperimentom smo potrdili oblikovanje take mreže, in sicer s samosestavljanjem dveh osnovnih gradnikov – dveh polipeptidnih verig. Vsaka veriga je zgrajena iz štirih segmentov, ki tvorijo ovite vijačnice, in njihovo zaporedje je natančno določeno. Polipeptide smo pripravili v E. coli celicah in jih očistili. Ko zmešamo ekvimolarne raztopine proteinov, pride do samosestavljanja načrtovane mrež. Dobljene strukture smo karakterizirali z merjenjem parametrov zvitosti vijačnic, termične stabilnosti in velikosti delcev. Obliko samosestavljene strukture smo dokazali s transmisijskim elektronskim mikroskopom. Rezultati dokazujejo uspešno pripravo načrtovane kvadratne mreže. Potencialna uporaba tovrstnega tipa proteinskega nanomateriala je zelo obetavna, saj proteini omogočajo prilagoditev funkcionalnosti glede na želeno aplikacijo v medicini, farmacevtski industriji (ciljno vnašanje zdravil ali biomolekul, izdelovanje cepiv, inženiring tkiv), v prehrambni industriji za selektivne absorbcije, filtracije in biokatalize.