科学家设计了可以与DNA自组装形成病毒样胶囊的短肽(J. Am. Chem. Soc. 2014, DOI: 10.1021/ja507833x)。研究人员表示,这些纳米茧可能为将基因或小分子药物输送到细胞中提供新的途径。
在开发新型颗粒时,周莹和倪蓉来自香港科技大学,他们试图模仿病毒蛋白如何封装其基因组DNA。她说,病毒使用简单的蛋白质单元,像一堆乐高积木一样沿着它们的DNA组装。
因此,周莹和倪蓉着手制造一种具有病毒蛋白三个基本功能的16个氨基酸的肽:在水中保持稳定,结合DNA,并自行组装。他们通过在一端包含已知的DNA结合区域,在另一端包含水溶性序列来实现这一点。肽的中心部分是源自淀粉样蛋白β的短的疏水性β折叠,淀粉样蛋白β是与阿尔茨海默病相关的肽。
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当与DNA一起孵育时,肽会堆叠起来,沿着DNA的长度形成带状结构。这些带状结构横向连接成长度在12到65纳米之间的椭球形胶囊,类似于痘病毒的结构。纳米茧具有由重复的β折叠形成的间隔4纳米的条纹。
斯坦福大学的贾亚库马尔·拉贾达斯说,通过从自然界汲取灵感,研究人员制造了创新的递送颗粒。他说,这种自组装既美观又令人印象深刻。他解释说,让肽和DNA等两种大分子结合在一起可能很困难,因为熵有利于组分保持分离状态。其他研究人员已经设计了更复杂的蛋白质与DNA组装,但与这些小的纳米茧肽相比,这些分子难以合成。
拉贾达斯说,但是,使肽能够有效自组装的相同因素也可能导致人体细胞出现问题。例如,淀粉样蛋白β肽非常擅长聚集,因此可能难以解开纳米茧以在其细胞内递送其内容物。此外,纳米茧对酶消化具有抵抗力。这可能导致它们积累并形成有毒团块,隔离其他蛋白质、脂质或DNA。他认为研究人员可以通过用其他含有β折叠的肽(如丝素蛋白)替代有问题的淀粉样蛋白β肽来尝试解决这些问题。最后,拉贾达斯指出,这种长度的工程肽往往会引起不良免疫反应。
尽管如此,拉贾达斯说,纳米茧成功自组装的事实“开启了无限的可能性。”