Ученые создали технологию рационального дизайна белковых комплексов de novo. Она позволит создавать из полипептидов искусственные структуры, обладающие заранее рассчитанными свойствами. Работа опубликована в журнале Science.

Рациональный дизайн состоит из нескольких этапов. Во-первых, исследователи выбирают тип симметрии желаемого комплекса. Затем в соответствии с ним подбирается полипептид, который станет "строительным блоком" будущей структуры. Им могут стать разные белки, которые не обязательно образуют комплексы в природе. Единственное ограничение - структура белков должна содержать элементы симметрии, соответствующие симметрии комплекса.

На следующем этапе собирается первоначальная структура, элементы которой затем тщательно подгоняются друг к другу. На завершающей стадии ученые вставляют в последовательность полипептидов такие аминокислоты, которые будут образовывать связи между контактирующими поверхностями.

В качестве иллюстрации возможности разработанной технологии авторы создали два комплекса размерами 13 и 11 нанометров. Один из них обладал октаэдрической симметрией и содержал 24 субъединицы, а другой имел тетраэдрическую симметрию и включал 11 субъединиц. Ученые клонировали разработанные белки в рекомбинантные организмы, получили комплексы и установили их строение методом рентгеноструктурного анализа. Положение атомов в комплексе практически не отличалось от предсказанного программой.

Ранее эта же группа ученых смогла рационально изменить структуру двух белков так, чтобы они связывались с поверхностью вируса гриппа.

Разработанная технология важна для понимания связи между последовательностью белка и его структурой. Кроме того, она представляет собой альтернативу созданию комплексов из нуклеиновых кислот с помощью метода ДНК-оригами (или сборке комплексов из коротких олигонуклеотидов). Подобные структуры исследователи надеются применить для создания молекулярных нанороботов. Структуры из белков могут оказаться более практичными, чем из ДНК, так как пептиды обладают большим разнообразием химических свойств и потенциально должны быть более устойчивы к неблагоприятным внешним условиям.