Как устроен сверхпрочный «футбольный мяч» из белка: искусство на молекулярном уровне
Классический футбольный мяч — это усеченный икосаэдр: идеальный баланс между количеством элементов и внутренним объемом. Такие формы Структура диаметром в 25 нанометров оказалась на удивление устойчивой: молекулярные «мячи» выдерживают нагревание до 80 градусов. При определенной кислотности среды они разрушаются — но это разрушение обратимо: если условия меняются, белки снова собираются в икосаэдры.
Чтобы синтезировать молекулу с искомыми качествами, Ян Си и его коллеги использовали компьютерную программу Rosetta@Home. «Вы даете системе искомую структуру, описываете ее свойства, а программа подбирает вам белки, из которых может получиться такая структура», — объясняет ученый. Программа подбирает молекулы так, чтобы их состояние с наименьшей энергией было эквивалентно искомой макромолекуле: тогда молекулы сами организуются в необходимую структуру.
Внутрь такого «мяча» можно поместить небольшую молекулу: команде Яна Си удалось поместить внутрь граней икосаэдра частицы биолюминесцентного вещества. Белковые икосаэдры с такой начинкой можно использовать для исследования тканей под световым микроскопом, и их свечение можно будет измерить очень точно. В каждую макромолекулу помещается ровно 60 молекул красителя.
Кроме того, ученым удалось оборудовать молекулярный «мяч» контроллерами входа и выхода: измерив длину и ширину пустот между элементами структуры, Ян Си с коллегами подобрали молекулы на роль «вратарей», которые открывают и закрывают путь в клетку при известных условиях среды. В перспективе это может помочь в создании транспортной системы, помещающей небольшие молекулы внутрь икосаэдра и извлекающей их оттуда — а это значит, что так можно управлять доставкой веществ в разные части организма.