Unikátní výzkum provedený na Univerzitě v Washingtonu přichází s novou třídou hydrogelů, které nejsou vytvářeny pouze mimo buňky, ale také uvnitř nich. Tým vědců tyto hydrogely navrhl pomocí počítačů, aby vytvořil specifickou bílkovinnou strukturu. Tyto hydrogely vykazují podobné mechanické vlastnosti jak uvnitř buněk, tak vně nich, což poskytuje výzkumníkům nový nástroj pro organizaci proteinů uvnitř buněk.
Výsledky tohoto výzkumu byly publikovány 30. ledna v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences.
„V posledních 10 letech došlo v oblasti buněčné biologie ke změně,“ řekl spoluautor výzkumu Cole DeForest, profesor chemických věd a bioinženýrství na Univerzitě v Washingtonu. „Tradičně se věřilo, že vnitřek buňky se skládá z organel obklopených membránami, jako jsou mitochondrie nebo buněčné jádro. Avšak vědci začínají si uvědomovat, že buňky mají i jiné způsoby lokalizace a koncentrace různých molekul nebo proteinů bez použití membrán, pomocí interakcí mezi proteiny. To umožňuje buňce aktivovat nebo deaktivovat konkrétní funkce, které mohou být užitečné nebo vést k onemocněním.“
Inovativní přístup použitý v tomto výzkumu spočíval v návrhu bílkovinných stavebních bloků pomocí počítačů. „Bílkovina se může představit jako řetězec složený z aminokyselin. Tento řetězec se skládá a vytváří trojrozměrnou strukturu. Existuje 20 různých typů aminokyselin a typická bílkovina se skládá z 100 až 200 z nich. To činí systém velmi složitým, protože jak můžete předpovědět, jak se řetězec složí?“ řekl spoluautor studie Rubul Mout. „Zde přichází na řadu počítač, který provádí výpočty, aby odhadl nejpravděpodobnější trojrozměrný tvar. Stejně tak mu můžete říct, jaký tvar chcete dosáhnout, a on navrhne sekvenci, kterou potřebujete k vytvoření bílkoviny.“
Aby tým vědců získal různé typy hydrogelů s různými vlastnostmi, používali počítačový návrh ke kontrole flexibility bílkovinných stavebních bloků a způsobu jejich organizace a spojení k vytvoření hydrogelu. Použily se dva různé způsoby propojení stavebních bloků: jeden vedl k nevratným spojením a druhý umožňoval bílkovinám se odpojit a znovu se spojit.
Pro ověření, zda mají hydrogely uvnitř buněk podobné vlastnosti jako ty vně, se vědci zaměřili na to, zda se mohou pohybovat bílkovinami v hydrogelech. Hydrogel s vyšší tuhostí by více pravděpodobně imobilizoval bílkoviny na jednom místě ve srovnání s tekutějším gelem. Mechanické vlastnosti každého typu hydrogelu zůstaly nezměněny i uvnitř buněk.
Tým vědců plánuje nadále provádět další výzkum v této oblasti, včetně zlepšení kontroly nad procesem vytváření a lokalizace hydrogelů uvnitř buněk.
Jak zdůrazňují vědci, spolupráce mezi návrháři proteinů a chemickými a biologickými inženýry byla klíčovou součástí tohoto projektu. „Naše meziprofesní spolupráce s Coleovou skupinou byla velmi vzrušující a otevřela nové možnosti pro vytváření nových tříd biomateriálů s širokou škálou aplikací,“ řekl David Baker, ředitel Institutu pro návrh proteinů na Univerzitě v Washingtonu.
Časté otázky:
- Co jsou to hydrogely?
Hydrogely jsou trojrozměrné struktury složené z bílkovin nebo molekul, které napodobují podmínky uvnitř těla. - Jaký výzkum byl proveden na Univerzitě v Washingtonu?
Výzkum na Univerzitě v Washingtonu se zaměřoval na vytváření nové třídy hydrogelů, které vznikají jak mimo buňky, tak uvnitř nich. - Jak vědci navrhli hydrogely?
Hydrogely byly navrženy pomocí počítačů, což umožnilo kontrolu flexibility bílkovinných stavebních bloků a jejich organizaci a spojení. - Proč jsou hydrogely významné v vědeckém výzkumu?
Hydrogely slouží jako nástroj pro organizaci proteinů uvnitř buněk, což umožňuje studium různých mechanismů nemocí a biologických procesů. - Jaké jsou mechanické vlastnosti hydrogelů?
Mechanické vlastnosti hydrogelů jsou podobné jak uvnitř buněk, tak vně nich, což znamená, že se mohou podobně chovat a plnit své funkce v obou prostředích. - Jaké budou další kroky ve výzkumu hydrogelů?
Vědci plánují provádět další výzkum s cílem zlepšit kontrolu nad procesem vytváření a lokalizace hydrogelů uvnitř buněk. - Jaký je význam spolupráce mezi návrháři proteinů a chemickými a biologickými inženýry?
Spolupráce mezi těmito obory vědy umožňuje vytváření nových tříd biomateriálů s širokou škálou aplikací.
- Co jsou to hydrogely?
Odkazy: