Наночастицы из белковых оболочек вируса

Получением стабильных сферических наночастиц с инкапсулированными в них веществами (лекарственными препаратами, ферментами и т.д.) заняты ученые во многих лабораториях мира. Голландские исследователи решили использовать для этой цели вирус, поражающий растения семейства соевых.

Вирус состоит из белковой оболочки и генетического материала, в данном случае молекулы РНК. Чтобы заменить РНК на необходимые ученым вещества, нужно разрушить капсид вируса (внешнюю белковую оболочку), что достигается выдерживанием его в среде с рН=7.5. Однако капсид, состоящий из отдельных белковых блоков, может реорганизоваться, если значение рН будет понижено до 5.0. Если реорганизация капсида протекает в присутствии других молекул, эти молекулы оказываются инкапсулированными в свободную от генетического материала вирусную частицу.

Еще несколько лет назад Джероен Корнелиссен (Jeroen Cornelissen) из Университета Радбуда в Нидерландах и его коллеги получили крайне стабильные наночастицы, комбинируя оболочечный белок вируса с сульфатированным полистиролом.

Капсидная оболочка вируса, с которым работал Корнелиссен, состоит из 90 идентичных полипептидных субъединиц, каждая из которых образована 189 аминокислотными остатками. Диаметр самого вируса равен 28 нанометрам. Корнелиссен заменил РНК вируса полимером массой 9900 Да. Частицы, полученные в результате такой трансформации, оказались меньше – около 16 нм. Но размер таких белково-полимерных комплексов, по мнению Корнелиссена, можно изменять, варьируя молекулярную массу инкапсулированного полимера. При этом полимеры могут иметь самые различные свойства, например, хромофорные или электроноактивные.

Недавно голландским ученым удалось инкапсулировать в пустую вирусную частицу белковые молекулы. Обычно число таких молекул не велико – всего 1-2. Но новая технология позволяет увеличить число таких молекул. Чтобы добиться результата, Корнелиссен и его коллеги связали молекулы белка, предназначенного для инкапсуляции, с отдельными белковыми блоками капсида. Это процесс проводится в состоянии разобранного капсида. При наличии химической связи между двумя белками происходит инкапсуляция всех молекул-гостей. Однако два белка не должны быть связаны прочной ковалентной связью. Наличие такой связи приведет в изменению пространственной структуры белков-блоков реорганизующегося капсида и будет препятствовать процессу его самосборки.

Перед учеными стояла сложная задача: связь между двумя белками должна быть достаточно прочной, чтобы они не диссоциировали во время самосборки капсида, но и достаточно слабой, чтобы молекулы могли разойтись по окончании этого процесса. Белки внутри капсида должны находиться в свободном состоянии, иначе они не смогут выполнять те функции, ради которых их туда поместили.

Голландские ученые пошли по пути генетической модификации строительного белка капсида. Модифицированный белок содержит спирализованный остаток аминокислоты с гидрофобными и полярными участками. Такой аминокислотный остаток можно сделать комплиментарным любому белку, который нужно инкапсулировать в пустую вирусную частицу. Гидрофобные и электростатические взаимодействия между двумя белками позволяют добиться поставленной исследователями цели – нужный белок не только попадает в вирус, но и может функционировать внутри него, отделившись от модифицированного строительного блока капсида.

Ученые проверили результаты своей работы на традиционном зеленом флуоресцентном белке. Эксперименты показали, что использование такой методики дает возможность инкапсулировать в пустой вирус от 15 до 20 молекул белка.

Джероен Корнелиссен считает, что метод создания таких наночастиц найдет применение во многих областях – от доставки лечебных и диагностических препаратов в медицине, до молекулярной электроники и каталитических приложений.

Источник: www.lana.alpe.ru