欧洲分子生物学实验室 在DESY的佩特拉三号同步加速器上，研究人员使用EMBL·汉堡的世界级光束线P12，将强有力的x光光束对准被称为螺旋折纸蛋白质的人造蛋白质
荣誉:法比奥·拉彭塔 折纸可能听起来更像艺术而不是科学，但是蛋白质用来决定其形状的复杂折叠路径已经被分子生物学家利用，使他们能够构建一些迄今为止最复杂的合成蛋白质纳米结构
在DESY的佩特拉三号同步加速器上，斯洛文尼亚的一组研究人员利用EMBL·汉堡的世界级束线P12，与EMBL的斯韦根集团合作，将强有力的x光光束对准被称为螺旋折纸术的人造蛋白质
蛋白质被设计成基于成对相互作用的短模块折叠成特定的形状
通过在EMBL光束线上确定它们的分子结构，研究人员证实了蛋白质折叠成所需的形状，然后逐步研究了自组装过程
这些发现加深了对合成折纸状蛋白质折叠如何潜在地传递治疗的理解，使更精确地靶向药物治疗、最小化副作用和最大化有效性成为可能
“最近，科学家们意识到，天然蛋白质只代表了可能的蛋白质形状的一小部分，我们可以使用不同于天然蛋白质的设计原则
斯洛文尼亚卢布尔雅那国家化学研究所的合成生物学家罗曼·杰拉拉说:“我们可以定制设计的蛋白质来制造新材料、输送药物和疫苗等等。”他领导这项工作，用不同类型的人工蛋白质链设计并建造了一个双锥(由两个相连的三角形金字塔组成的菱形)
当科学家首次尝试用脱氧核糖核酸折纸时，蛋白质更适合潜在的应用
蛋白质是生命的分子机器，包含折叠成特定功能形状的氨基酸长链
这可能意味着增强免疫力，与其他细胞交流，或者执行其他任务来保持身体健康
这项研究中使用的蛋白质被折叠成称为线圈的编织绳，可以很容易地与同一链的其他部分或其他分子结合
这使得它们成为制造定制纳米结构的特别好的建筑材料
罗曼的团队首先用一种更简单的折纸结构成功地完成了这项任务——一个三角形底部的单个金字塔
他们检查了由氨基酸按特定顺序构建的一条蛋白质链，并观察了它是如何自我组装的
然后是时候把它从一个结构转换成另一个结构了，就像折纸莲花可以转换成鹤一样
他们将两种不同的氨基酸链放在一起，这两种氨基酸链携带一种叫做蛋白酶的剪式酶的信号，告诉它在折纸蛋白上切割哪里
通过这样做，他们设法迫使蛋白质进行折纸转换成不同的形状
照亮蛋白质溶液 为了做这种工作，研究人员需要高科技工具
EMBL汉堡的光束线P12特别适合这种用途，EMBL的斯韦根集团以其在一种叫做小角度x光散射的技术上的专长而闻名于世(SAXS)
自2018年以来，EMBL科学家一直与来自斯洛文尼亚的小组合作，支持他们利用SAXS研究折纸蛋白质的结构
“在SAXS，我们用x光照射含有蛋白质溶液的玻璃毛细管
小组组长德米特里·斯韦根说:“当x光穿过溶液时发生散射，我们有办法解释这些结构。”
“在这里，大多数数据收集工作都是自动化的，我们还在类似这样的协作中提供重要的软件和分析支持
" 利用EMBL光束线，结合电子显微镜、量热法、计算模型和其他方法，研究人员收集了识别折纸蛋白质结构所需的数据，并确认这些形状将适合他们的整体折纸设计
“我们的工作是从束线中获得最佳信号，并为获取数据创造最佳条件，”斯韦根集团的博士后斯特凡诺·达·贝拉说
“我们提供工具来帮助理解SAXS实验数据，并根据数据创建三维模型
" 研究人员观察到，他们的合成蛋白质“自下而上”组装，这意味着小而详细的片段首先形成，然后组装成更大的结构
了解这一点将有助于研究人员更精确地构建更复杂的蛋白质折纸结构
“SAXS分析在确定哪种设计导致理想的形状方面至关重要，EMBL大学开发的高超工具使我们能够检测出我们设计的笼子的独特特征，”国家化学研究所博士后法比奥·拉彭塔说，他是他们最近在《自然通讯》上发表的描述这项工作的论文的主要作者
“螺旋线圈是极好的工具，既可用于细胞，也可用于分离的蛋白质
我们认为我们可以扩大螺旋蛋白质折纸的潜力，设计许多新的蛋白质折叠，并引入有趣的功能
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