Slovenski znanstveniki z Odseka za sintezno biologijo in imunologijo na Kemijskem inštitutu so razvili nov tip materialov, imenovan ‘proteinski origami’. Dokazali so, da se te proteinske kletke same od sebe sestavijo v celicah znotraj organizma, podobno kot naravni proteini, in celice jih sprejmejo kot naravne proteine, kar bo zelo uporabno za medicinske namene.
Slovenski avtorji raziskave (z leve) Roman Jerala, Helena Gradišar, Ajasja Ljubetič, Fabio Lapenta, Andreja Majerle, Duško Lainšček, Žiga Strmšek, Iva Hafner-Bratkovič, Jana Aupič, Mojca Benčina in Tomaž Pisanski. (foto: PR UP)
Znanstveniki iz Odseka za sintezno biologijo in imunologijo na Kemijskem inštitutu pod vodstvom prof. Romana Jerale je že leta 2013 v reviji Nature Chemical Biology predstavila nov tip proteinskih struktur, sestavljenih iz modulov, ki tvorijo tetraeder in tristrano piramido. Sedaj je ta skupina v razširjeni sestavi naredila pomemben korak naprej in pokazala, da lahko na podobnem principu načrtujejo aminokislinska zaporedja, ki se sama od sebe sestavijo tudi v bolj kompleksne proteinske kletke, v obliki štiristrane piramide ter tristrane prizme, pri čemer so s 700 aminokislinami v zaporedju pripravili doslej najdaljši načrtovan protein.
To tehniko so poimenovali »proteinski origami« na osnovi obvitih vijačnic. Dokazali so še, da se kletke pravilno zvijejo v človeških celicah in celo živih miškah, kjer ne povzročajo vnetja ali drugih neželenih odzivov.
“Proteini predstavljajo najbolj kompleksne nanostrukture, ki v celicah opravljajo večino nalog, potrebnih za življenje. Proteini so sestavljeni iz zaporedja aminokislin, ki določajo njihovo prostorsko strukturo in lastnosti. Število možnih aminokislinskih zaporedij je skoraj neskončno, saj že za proteine, dolge 64 aminokislin, število kombinacij presega število atomov v vesolju. To pomeni, da je poleg proteinov, ki obstajajo v naravi, možno načrtovati proteine, ki se v naravi niso nikoli pojavili in ki zavzamejo novo strukturo,” so sporočili z Univerze na Pimorskem, iz katere je en od soavtorjev odkritja Tomaž Pisanski.
Posebej pomembno je, da so pokazali, da se te proteinske kletke same od sebe sestavijo v celicah znotraj organizma, podobno kot naravni proteini, in celice jih sprejmejo kot naravne proteine, kar bo zelo uporabno za medicinske namene. S kombinacijo eksperimentalnih tehnik so pokazali, da se ti proteini dejansko zvijejo v načrtovane oblike kletk. Avtorji napovedujejo, da imajo tovrstne proteinske kletke velik potencial za uporabo za dostavo zdravil, za cepiva, katalizo kemijskih reakcij, funkcionalne materiale in senzorje.
Rezultate so objavili v znanstveni reviji Nature Biotechnology, ki velja za najuglednejšo znanstveno revijo na področju biotehnologije na svetu. Avtorji raziskave menijo, da imajo tovrstne proteinske kletke velik potencial za uporabo za dostavo zdravil, tvorbo sodobnih cepiv, katalizo kemijskih reakcij, snovanje funkcionalnih materialov in konstruiranje senzorjev.
Delo je finančno podprla ARRS – Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije, mednarodni ERANET projekt Bioorigami, ki ga vodi prof. Jerala, ter več drugih virov. Raziskovalno delo je vključevalo širok nabor znanstvenih pristopov od molekularne in strukturne biologije, imunologije do matematike. Pri delu so sodelovali predvsem raziskovalci Odseka za sintezno biologijo in imunologijo Kemijskega inštituta ter matematik in strukturni biologi iz Slovenije ter tujine.
Prvo avtorstvo raziskave si delita dr. Ajasja Ljubetič ter Fabio Lapenta, ki na Kemijskem inštitutu in podiplomskem študiju Biomedicine opravlja doktorat preko Marie Skłodowska Curie projekta Tollerant. Avtorji članka iz Slovenije so: Ajasja Ljubetič, Fabio Lapenta, Helena Gradišar, Igor Drobnak, Jana Aupič, Žiga Strmšek, Duško Lainšček, Iva Hafner-Bratkovič, Andreja Majerle, Nuša Krivec, Mojca Benčina, Tomaž Pisanski in Roman Jerala.