Странная сушка обратила белки в жидкость и стекло
На пересечении биологии, химии и физики случились открытия, которые могут привести к появлению новых лекарственных медицинских средств и препаратов. Может, через пара лет словосочетания «стеклянный белок» либо «жидкий белок» не будут приводить к удивлению, но пока удивляются кроме того эксперты, выясняя необыкновенные особенности в далеком прошлом, казалось бы, изученных веществ.
Концентрированный жидкий белок, переносящий кислород, может стать базой медицинских материалов нового поколения. Так вычисляют его создатели из университета Бристоля (University of Bristol) и исследовательского поверхностных явлений и института коллоидов Макса Планка (Max-Planck-Institut fur Kolloid- und Grenzflachenforschung).
Учёные экспериментировали с миоглобином — связывающим кислород белком мышц. Исследователи сумели снабдить молекулы этого белка добавками в виде определённых поверхностно-активных соединений, по окончании чего при низкой температуре удалили всю воду из раствора, совершив сублимационную сушку.
Как гласит пресс-релиз университета, при нагревании до комнатной температуры полученный таким методом порошок расплавился и превратился в вязкую жидкость.
Миоглобин важен за накопление кислорода в мышцах (скелетных, сердца) и передачу его окислительным совокупностям клеток.Как и при с транспортирующим кислород в крови гемоглобином, особенности миоглобина ответственны для действенного дыхания всего организма.
Известно, например, что у китов и тюленей содержание миоглобина в мышечной ткани выше, чем у сухопутных млекопитающих, и это частично растолковывает рекордные погружения данных животных (иллюстрация с сайта wikipedia.org).
Самое неожиданное: анализ продемонстрировал, что в таковой версии миоглобин сохранил структуру и свою форму фактически нетронутыми. А ведь раньше считалось, что при сильном обезвоживании смеси происходит денатурация белков — утрата ими свойств и естественной геометрии.
Но жидкий миоглобин сохранил свойство к обратимому связыванию кислорода в физиологических условиях (подробности раскрывает статья в Nature Chemistry). Это противоречит прошлым представлениям, в соответствии с которым для верной работы белков в организме нужно присутствие молекул воды.
Соответственно, в структурную биологию направляться внести поправки.
Авторы работы отмечают, что ранее никто не создавал жидкую форму металлопротеина без применения не только воды, но кроме того по большому счету любого иного растворителя, тем более — с сохранением биологически активных особенностей исходного соединения.
Компьютерное изображение миоглобина до обработки (слева) и его версии, укутанной полимером-суфрактантом (справа). Внизу: капля жидкого белка (иллюстрация Adam W. Perriman et al./Nature Chemistry).
Новая форма белка, согласно точки зрения английских и германских учёных, может выступать в роли собственного рода концентрата неестественной крови (не смотря на то, что и «упрощённой формы» — уточняют эксперты). При разведении для того чтобы концентрата окажется состав для транспортировки кислорода.
Действительно, необходимо учесть, что в естественном случае в крови, наоборот, не должно быть миоглобина, это страшно для организма и есть показателем травмы либо заболевания.
Иначе, новое изучение дало на выходе не синтетическую кровь, а лишь новый подход к её созданию. А ещё жидкий миоглобин может выступить в роли начинки для перспективных плёночных покрытий и перевязочных материалов для ран, талантливых улучшать снабжение повреждённых тканей кислородом.
Такие возможности вырисовываются при переводе белка в не совсем природное состояние. Любопытно, что похожий принцип применяли исследователи из университета Дюка (Duke University), в то время, когда создали ещё одну необыкновенную форму белка — стеклянную.
Авторы работы растворили белки в маленькой капле воды, а после этого добавили маленькую порцию деканола. Большинство молекул H2O из исходного примера была растворена в деканоле, наряду с этим горстка белков была полностью «очищена» от воды (деканол играл роль осушительной помпы).
Учёные ожидали, что белки кристаллизуются, но вместо этого они организовали жёсткое тело с аморфной структурой — собственного рода белок-стекло (об опыте говорит статья в Biophysical Journal).
Случилось это из-за стремительного темпа утраты жидкости (целый процесс занимал считанные 60 секунд, а время от времени — секунды), так что протеиновые молекулы в концентрированном растворе просто не успевали перераспределиться для кристаллической решётки (в точности как при получении железного стекла).
Посредством данной установки учёные из Бристоля контролировали сотрудничество белка и кислорода при различных условиях (фото Adam W. Perriman et al./Nature Chemistry).
Учёные поэкспериментировали с несколькими видами белков, установив, что, как минимум, четыре из них переходят в жёсткую аморфную фазу без повреждений и по окончании добавления воды снова обретают все либо практически все собственные биологические особенности.
Вообще-то протеиновое стекло из Дюка — это очень вязкая жидкость, талантливая течь на громадных временных отрезках. Но для применения находки принципиально важно, что приобретаемые протеиновые микросферы (одна из них продемонстрирована на фото под заголовком) — фактически жёсткие тела.
Они смогут дать медикам и биологам сходу пара польз. Такая форма белка увлекательна для изучения особенностей протеинов.
А остающейся в составе микросферы воды не хватает для поддержания судьбы микроорганизмов, так что в стеклянной форме белок может храниться продолжительно и безопасно.
Такие шарики возможно применять как высококонцентрированный медицинский препарат, не забивающий канал иглы. В частности определённые протеиновые молекулы в таковой форме возможно филигранно вводить в опухоли.
Для коммерциализации собственной разработки учёные создали компанию Biogyali.
Все эти опыты стали вероятными по окончании открытия фактически той же группой учёных из Дюка малоизвестных ранее тонкостей сотрудничества воды и некоторых спиртов и видов алканов в малом масштабе (микропузырьках, микропипетках) — о чём повествует статья в Journal of Chemical Physics. Тот же деканол фактически не растворяется в воде, а последняя не имеет возможности кроме того смешиваться с ним много, но при определённых условиях, оказывается, вода сама с радостью растворяется в деканоле.
Первоначально учёные ставили испытания с концентрированными водными растворами солей, но в один раз поразмыслили – из-за чего бы не выполнить такой же трюк с белками? Так и вышло, что знания, полученные в одной дисциплине, были ключом к изобретению в совсем второй области.
