La naturaleza utiliza 20 aminoácidos canónicos como componentes básicos para fabricar proteínas y combina sus secuencias para crear moléculas complejas que realizan funciones biológicas.

Pero, ¿qué sucede con las secuencias? No ¿Elegido por naturaleza? ¿Y cuáles son las posibilidades de construir secuencias completamente nuevas, rediseñarlas o Nuevo, ¿Proteínas que se parecen poco a algo en la naturaleza?

Este es el terreno en el que trabaja el Hecht Lab de la Universidad de Princeton. Y recientemente, su curiosidad por diseñar sus propias secuencias ha dado sus frutos.

Descubrieron el primero conocido Nuevo Proteína que cataliza o impulsa la síntesis de puntos cuánticos. Los puntos cuánticos son nanocristales fluorescentes que se utilizan en aplicaciones electrónicas que van desde pantallas LED hasta paneles solares.

Su trabajo abre la puerta a una fabricación más sostenible de nanomateriales al demostrar que las secuencias de proteínas no derivadas de la naturaleza pueden utilizarse para sintetizar materiales funcionales, con claros beneficios medioambientales.

Los puntos cuánticos generalmente se fabrican en entornos industriales que involucran altas temperaturas y solventes tóxicos y costosos, un proceso que no es económico ni ecológico. Pero los investigadores de Hecht Lab realizaron el proceso en la mesa de laboratorio usando agua como solvente y obtuvieron un producto final estable a temperatura ambiente.

«Estamos interesados ​​en hacer moléculas vivas, proteínas, que no se originaron en la vida», dijo el profesor de química Michael Hecht, quien dirigió la investigación junto con Greg Scholes, profesor de química William S. Tod y presidente del departamento. . “En cierto modo, nos preguntamos, ¿existen alternativas a la vida tal como la conocemos? Toda la vida en la tierra surgió de ancestros comunes. Pero si hacemos moléculas realistas que no provienen de un ancestro común, ¿pueden hacer cosas geniales?

«Así que aquí estamos haciendo nuevas proteínas que nunca aparecieron en la vida, al hacer cosas que no existen en la vida».

El método del equipo también puede ajustar el tamaño de las nanopartículas, lo que determina el color de los puntos cuánticos en los que brillan o emiten fluorescencia. Esto ofrece oportunidades para el etiquetado de moléculas dentro de un sistema biológico, tales como. B. para teñir células cancerosas en vivo.

«Los puntos cuánticos tienen propiedades ópticas muy interesantes debido a su tamaño», dijo Yueyu Yao, coautor del artículo y estudiante graduado de quinto año en Hecht Lab. «Son muy buenos para absorber la luz y convertirla en energía química, lo que los hace útiles para procesarlos en paneles solares o cualquier tipo de fotosensor».

«Por otro lado, también son muy buenos para emitir luz en una longitud de onda deseada específica, lo que los hace adecuados para la fabricación de pantallas LED».

Y debido a que son pequeños, solo están compuestos por alrededor de 100 átomos y tal vez 2 nanómetros de diámetro, pueden penetrar algunas barreras biológicas, lo que hace que sus usos en medicina e imágenes biológicas sean particularmente prometedores.

El estudio «Un Nuevo La proteína cataliza la síntesis de puntos cuánticos semiconductores», se publicó esta semana en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias Naturales (PNAS).

¿Por qué usar proteínas de novo?

«Creo que con Nuevo Las proteínas abren un camino hacia la capacidad de diseño», dijo Leah Spangler, autora principal de la investigación y ex postdoctorado en Scholes Lab. “Una palabra clave para mí es ‘ingeniería’. Quiero poder diseñar proteínas para hacer algo específico, y este es un tipo de proteína que te permite hacer eso.

«Los puntos cuánticos que estamos haciendo aún no son de gran calidad, pero eso se puede mejorar ajustando la síntesis», agregó. «Podemos lograr una mejor calidad manipulando la proteína para afectar la formación de puntos cuánticos de diferentes maneras».

Basado en el trabajo de Sarangan Chari, químico senior de Hecht Lab y autor correspondiente, el equipo utilizó un Nuevo Proteína que diseñó, llamada ConK, para catalizar la reacción. Los investigadores aislaron ConK por primera vez en 2016 a partir de una gran biblioteca combinatoria de proteínas. Todavía está compuesto de aminoácidos naturales, pero se considera «Nuevoporque su secuencia no se parece a una proteína natural.

Los investigadores encontraron que ConK permitía la supervivencia de E. coli en concentraciones de cobre que de otro modo serían tóxicas, lo que sugiere que podría ser útil para la unión y el secuestro de metales. Los puntos cuánticos utilizados en esta investigación están hechos de sulfuro de cadmio. El cadmio es un metal, por lo que los investigadores se preguntaron si ConK podría usarse para sintetizar puntos cuánticos.

Su conjetura valió la pena. ConK descompone la cisteína, uno de los 20 aminoácidos, en varios productos, incluido el sulfuro de hidrógeno. Este actúa como una fuente activa de azufre, que luego reacciona con el cadmio metálico. El resultado son puntos cuánticos CdS.

«Para hacer un punto cuántico de sulfuro de cadmio, la fuente de cadmio y la fuente de azufre tienen que reaccionar en solución», dijo Spangler. “Lo que hace la proteína es hacer que la fuente de azufre sea más lenta con el tiempo. Así que primero agregamos el cadmio, pero la proteína crea el azufre, que luego reacciona para crear puntos cuánticos de diferentes tamaños”.

Esta investigación fue apoyada por el programa MRSEC de la Fundación Nacional de Ciencias (DMR-2011750), el Centro de Escritura de la Universidad de Princeton y el Instituto Canadiense de Investigación Avanzada. La investigación también fue apoyada por la subvención MCB-1947720 de la NSF a MH.

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