构建出超级稳定的金配位蛋白笼，可用于体内的药物运送
在一项新的研究中，来自日本理化研究所和波兰雅盖隆大学等研究机构的研究人员成功地构建出一种“蛋白笼(protein cage)”---一种纳米大小的结构，可潜在地用于将药物运送到身体的特定部位，并且能够容易地组装和拆卸，此外还能够承受煮沸和其他的极端条件。他们通过探究在自然界中没有发现的几何形状来实现这一点。
在一项新的研究中，来自日本理化研究所和波兰雅盖隆大学等研究机构的研究人员成功地构建出一种“蛋白笼(protein cage)”---一种纳米大小的结构，可潜在地用于将药物运送到身体的特定部位，并且能够容易地组装和拆卸，此外还能够承受煮沸和其他的极端条件。他们通过探究在自然界中没有发现的几何形状来实现这一点。相关研究结果于2019年5月9日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“An ultra-stable gold-coordinated protein cage displaying reversible assembly”。
角色扮演游戏玩家---至少是那些在数字时代之前在玩的游戏玩家---意识到控制骰子的形状存在限制;尝试通过用三角形替换正方形侧面来制作六面骰子，将会产生极其扭曲的东西。这是因为有严格的几何规则来控制这些所谓的等面多面体(isohedra)的组装。在自然界中存在纳米级大小的等面多面体结构。这些通常由许多蛋白亚基制成并具有中空内部的蛋白笼执行许多重要任务。最着名的例子就是病毒利用蛋白笼作为病毒遗传物质载体侵入宿主细胞中。
就合成生物学家而言，他们对构建人造蛋白笼感兴趣的目的在于能够赋予它们有用和新的特性。实现这一目标有两个挑战。第一个是几何问题---一些候选蛋白可能具有很大的潜在用途，但是由于它们的形状不适合组装到蛋白笼子中，它们被自动排除。第二个问题是复杂性---大多数蛋白--蛋白相互作用是通过弱化学键的复杂网络介导的，这些化学键很难从头开始设计。
这项新研究始于日本理化研究所赫德尔行动研究中心(Heddle Initiative Research Unit)，随后转移到波兰雅盖隆大学马洛波斯卡生物技术中心。这些研究人员发现解决这两个问题的方法。论文通讯作者Jonathan Heddle教授解释道，“我们能够用简单的基于单个金原子配位的‘订书钉’来取代蛋白之间的复杂相互作用。这简化了设计问题，从而允许我们能够为蛋白笼赋予新的属性，比如根据需要进行组装和拆卸。”
论文第一作者Ali Malay说，这些研究人员还找到了解决这种几何问题的方法：“我们的蛋白笼的构成单元是11元环。从数学上讲，这种形状应当不会形成对称的多面体。”然而，他们发现由于内在的灵活性，蛋白复合物能够基于近乎完美的几何重合实现了之前前所未有的蛋白笼构建。Malay说，“之前因具有‘错误的’形状而被忽视的蛋白如今能够加以考虑了。”
这项研究的影响是深远的。Heddle说，“我们和我们的合作者一起发现，这只是第一步。”他希望这项研究能够进一步扩大，以构建具有新结构和新功能的蛋白笼，并且还将探究特别是在药物运送方面的潜在应用。
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