Но что происходит с последовательностями нет избранный природой? И какие возможности заключаются в построении совершенно новых последовательностей, чтобы сделать роман или снова, белки, мало похожие на что-либо в природе?

Это местность, в которой работает лаборатория Хехта Принстонского университета. И недавно их любопытство к разработке собственных последовательностей окупилось.

Они обнаружили первое известное снова белок, который катализирует или управляет синтезом квантовых точек. Квантовые точки - это флуоресцентные нанокристаллы, используемые в электронных приложениях, от светодиодных экранов до солнечных панелей.

Их работа открывает двери для создания наноматериалов более устойчивым способом, демонстрируя, что последовательности белков, не полученные в природе, могут быть использованы для синтеза функциональных материалов - с явной пользой для окружающей среды.

Квантовые точки обычно изготавливаются в промышленных условиях с высокими температурами и токсичными, дорогими растворителями - процесс, который не является ни экономичным, ни безвредным для окружающей среды. Но исследователи Hecht Lab осуществили процесс на стенде, используя воду в качестве растворителя, что позволило получить стабильный конечный продукт при комнатной температуре.

"Мы заинтересованы в создании молекул жизни, белков, которые не возникли при жизни", - сказал профессор химии Майкл Хехт, который руководил исследованием вместе с Грегом Скоулзом, Уильямом С. Тод профессор химии и заведующий кафедрой. "В некотором смысле мы спрашиваем, существуют ли альтернативы жизни в том виде, в каком мы ее знаем? Вся жизнь на земле возникла из общего происхождения. Но если мы создадим живые молекулы, которые не произошли от общего предка, смогут ли они делать классные вещи?

"Итак, здесь мы создаем новые белки, которые никогда не возникали в жизни, делая вещи, которых в жизни не существует".

Процесс команды также может настраивать размер наночастиц, который определяет цвет, в котором квантовые точки светятся или флуоресцируют. Это открывает возможности для маркировки молекул внутри биологической системы, например, для окрашивания раковых клеток в живых.

"Квантовые точки обладают очень интересными оптическими свойствами благодаря своим размерам", - сказал Юэю Яо, соавтор статьи и аспирант пятого курса лаборатории Хехта. "Они очень хорошо поглощают свет и преобразуют его в химическую энергию - это делает их полезными для изготовления солнечных панелей или любого вида фотодатчиков.

"Но, с другой стороны, они также очень хорошо излучают свет с определенной желаемой длиной волны, что делает их пригодными для изготовления светодиодных экранов".

И поскольку они маленькие - состоят всего из около 100 атомов и, возможно, 2 нанометров в поперечнике - они способны проникать через некоторые биологические барьеры, что делает их применение в медицине и биологической визуализации особенно многообещающим.

Исследование, "А снова белок катализирует синтез полупроводниковых квантовых точек", была опубликована на этой неделе в Труды Национальной академии Наук (PNAS).

Зачем использовать белки de novo?

"Я думаю, используя снова белки открывают путь к проектированию", - сказала Лия Спенглер, ведущий автор исследования и бывший постдок в лаборатории Скоулза. "Ключевое слово для меня - "инженерия". Я хочу иметь возможность создавать белки для чего-то конкретного, и это тот тип белка, с помощью которого вы можете это сделать.

"Квантовые точки, которые мы делаем, пока не отличного качества, но это можно улучшить, настроив синтез", - добавила она. "Мы можем добиться лучшего качества, сконструировав белок таким образом, чтобы он по-разному влиял на формирование квантовых точек".

Основываясь на работе, проделанной Саранганом Чари, старшим химиком Hecht Lab и автором-корреспондентом, команда использовала снова разработанный им белок под названием ConK катализирует реакцию. Исследователи впервые выделили ConK в 2016 году из большой комбинаторной библиотеки белков. Он по-прежнему состоит из натуральных аминокислот, но квалифицируется как "снова"потому что его последовательность не имеет никакого сходства с натуральным белком.

Исследователи обнаружили, что КонК способствовал выживанию E. coli в противном случае медь содержит токсичные концентрации, что позволяет предположить, что она может быть полезна для связывания и секвестрации металлов. Квантовые точки, используемые в этом исследовании, изготовлены из сульфида кадмия. Кадмий - это металл, поэтому исследователи задались вопросом, можно ли использовать ConK для синтеза квантовых точек.

Их догадка оправдалась. КонК расщепляет цистеин, одну из 20 аминокислот, на несколько продуктов, включая сероводород. Это действует как активный источник серы, которая затем вступает в реакцию с металлическим кадмием. В результате получаются квантовые точки CdS.

"Чтобы создать квантовую точку из сульфида кадмия, вам нужно, чтобы источник кадмия и источник серы вступили в реакцию в растворе", - сказал Спенглер. "Что делает белок, так это медленно, с течением времени, превращает источник серы. Итак, сначала мы добавляем кадмий, но белок выделяет серу, которая затем вступает в реакцию с образованием квантовых точек различных размеров ".

Это исследование было поддержано программой MRSEC Национального научного фонда (DMR-2011750), Писательским центром Принстонского университета и Канадским институтом перспективных исследований. Исследование также было поддержано грантом NSF MCB-1947720 для MH.