Científicos de Berkeley han creado 'alfombras' de proteínas que pueden absorber y atrapar la contaminación química, tras descubrir una forma de mantener activas ciertas proteínas fuera de la célula.
A pesar de años de esfuerzos para estabilizar las proteínas fuera de sus entornos nativos, los científicos han logrado un progreso limitado en la combinación de proteínas con componentes sintéticos sin comprometer la actividad de la proteína.
El nuevo estudio muestra un camino hacia la explotación del poder de las proteínas fuera de la célula al demostrar una forma única de mantener las proteínas activas en entornos sintéticos. Los materiales presentados en el estudio podrían permitir reacciones bioquímicas bajo demanda donde antes no eran factibles.
"Creemos que hemos descifrado el código para interconectar los sistemas naturales y sintéticos", afirma el autor del estudio, Ting Xu, profesor de Berkeley en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales y el Departamento de Química, cuyo laboratorio dirigió el trabajo, que se publica en la edición de este viernes de la revista 'Science'.
La investigación fue financiada por subvenciones del Departamento de Defensa de Estados Unidos. Los colaboradores de la Universidad Northwestern fueron apoyados por el Departamento de Energía y la Fundación Sherman Fairchild. Los colaboradores de la Universidad de Lyon, Francia, y del Laboratorio de la Fuerza Aérea recibieron el apoyo del programa Fulbright y del instituto Miller.
El problema con las proteínas es que son quisquillosas: si las quitas de sus entornos nativos, es probable que se desmoronen. Para funcionar correctamente, las proteínas deben plegarse en una estructura específica, a menudo con la ayuda de otras proteínas. Para superar este desafío, el laboratorio de Xu analizó las tendencias en las secuencias de proteínas y las superficies para ver si podían desarrollar un polímero sintético que proporcionara todas las cosas que una proteína necesita para mantener su estructura y función.
"Las proteínas tienen un patrón estadístico muy definido, así que si puedes imitar ese patrón, entonces puedes emparrejar los sistemas sintéticos y naturales, lo que nos permite hacer estos materiales", subraya Xu, cuyo laboratorio creó heteropolímeros aleatorios, a los que llamaron RHP.
HACIA UN LABORATORIO DE QUIMICA PORTATIL EN DISTINTOS MATERIALES
Los RHP se componen de cuatro tipos de subunidades monoméricas, cada una con propiedades químicas diseñadas para interactuar con parches químicos en la superficie de las proteínas de interés. Los monómeros están conectados para imitar una proteína natural con el fin de maximizar la flexibilidad de sus interacciones con las superficies de proteínas.
Los RHP actúan como proteínas no estructuradas, comúnmente vistas dentro de las células. Aumentaron el plegamiento de proteínas de membrana en agua durante la traducción de proteínas y conservaron la actividad de proteínas solubles en agua en solventes orgánicos.
Los investigadores de la Universidad Northwestern realizaron extensas simulaciones moleculares para demostrar que el RHP interactuaría favorablemente con las superficies proteicas, envolvería las superficies proteicas en solventes orgánicos y débilmente en agua, lo que llevaría a un correcto plegamiento y estabilidad de proteínas en un entorno no nativo.
Luego, los investigadores probaron si pueden usar un RHP para crear materiales basados en proteínas para la biorremediación de sustancias químicas tóxicas, que fueron financiadas por el Departamento de Defensa. Los investigadores mezclaron RHP con una proteína llamada 'organofosforo hidrolasa' (OPH), que degrada los organofosforados tóxicos que se encuentran en los insecticidas y agentes de guerra química.
Los científicos usaron la combinación RHP/OPH para fabricar esteras de fibra, sumergieron las esteras en un insecticida conocido y descubrieron que las esteras degradaron una cantidad del insecticida que pesaba aproximadamente una décima parte de la estera de fibra total en solo unos minutos. Esto abre la puerta a la creación de esteras más grandes que podrían absorber sustancias químicas tóxicas en lugares como zonas de guerra.
"Nuestro estudio indicó que el enfoque debería ser aplicable a otras enzimas --destaca Xu--. Esto puede hacer posible tener un laboratorio de química portátil en diferentes materiales".
