Một nhóm các nhà khoa học tại Viện Công nghệ Tokyo (Tokyo Tech) đã thành công trong việc chế tạo ra ống nano protein từ các khung siêu nhỏ làm từ các tinh thể protein thiết kế. Thành tựu mới giúp đẩy mạnh sự phát triển enzym nhân tạo, các hạt mang tải siêu nhỏ và hệ thống vận chuyển cho các ứng dụng y sinh và công nghệ sinh học.

Nhóm khoa học do nhà nghiên cứu Takafumi Ueno tại Khoa Kỹ thuật Biomolecular của Tokyo Tech đứng đầu đã phát triển phương pháp sáng tạo mới giúp lắp ráp các protein thành ống nano theo trật tự nhất định.

Các cấu trúc nano protein được thiết kế riêng mang lại lợi ích nghiên cứu cao, vì chúng có thể được sử dụng để phát triển các chất xúc tác đặc biệt và bền vững, các hệ thống phân phối thuốc và vắc-xin cũng như thiết kế nhiều vật liệu sinh học tiềm năng khác.

Các nhà khoa học cho biết, họ đã gặp nhiều khó khăn trong quá trình lắp ghép các cụm protein trong dung dịch nước do protein tương tác tự do, không theo trật tự trong các điều kiện nhiệt độ và pH khác nhau.

Phương pháp mới khắc phục những vấn đề trên bằng cách sử dụng tinh thể protein, tạo thành một giá đỡ cho các protein tự lắp ráp vào theo cấu trúc mong muốn. Phương pháp này có bốn bước như sau:

- Chuẩn bị loại protein được thiết kế

- Hình thành khung tinh thể protein

- Hình thành một tinh thể liên kết chéo

- Tách các ống nano protein bằng cách phá vỡ khung.

Hệ tinh thể bao gồm các cấu trúc lắp ráp được sắp xếp theo trật tự, giúp kiểm soát dễ dàng và chính xác các tương tác hóa học bằng cách liên kết chéo để ổn định cấu trúc lắp ráp, trong khi đó, không thể đạt được điều này nếu sử dụng phương pháp liên kết chéo các protein trong dung dịch.

Các nhà khoa học đã chọn một loại protein tự nhiên là Rubisco làm khối xây dựng cho ống nano do theo nghiên cứu trước đây, cấu trúc tinh thể của RubisCO có tính ổn định cao, có thể giữ được hình dạng ban đầu.

Sử dụng hình ảnh Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscopy - TEM) tại Phòng phân tích vật liệu sinh học Suzukakedai của Tokyo Tech, nhóm nghiên cứu đã xác nhận thành công sự hình thành các ống nano protein.

Nghiên cứu cũng chứng minh rằng các ống nano protein có thể duy trì bản chất enzym của chúng.

Ueno cho biết: Phương pháp liên kết chéo của chúng tôi có thể tạo điều kiện cho việc hình thành khung tinh thể ở vị trí mong muốn (các vị trí cysteine cụ thể) trong mỗi ống của tinh thể. Hiện nay, với hơn 100.000 cấu trúc tinh thể protein đã được lưu vào ngân hàng dữ liệu protein, phương pháp này có thể được áp dụng cho các tinh thể protein khác để xây dựng các cụm protein siêu phân tử, chẳng hạn như lồng, ống, tấm.

Ống nano trong nghiên cứu có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau. Ống nano cung cấp môi trường để tích tụ các phân tử ngoại sinh có thể được sử dụng làm nền tảng phân phối trong các lĩnh vực liên quan đến dược phẩm. Nó cũng có thể dùng cho chất xúc tác do bản chất khối xây dựng protein có hoạt tính enzym.

Nguồn: Nasati