Μπορούν τα συνθετικά πολυμερή να αντικαταστήσουν τις φυσικές πρωτεΐνες;

Το μεγαλύτερο μέρος των έμβιων όντων στη Γη βασίζεται σε πολυμερή 20 αμινοξέων που έχουν εξελιχθεί σε εκατοντάδες χιλιάδες διαφορετικές, εξαιρετικά εξειδικευμένες πρωτεΐνες. Είναι όμως απαραίτητη όλη αυτή η ποικιλία; Θα μπορούσε η βιολογία να λειτουργήσει εξίσου καλά με λιγότερα δομικά στοιχεία και απλούστερα πολυμερή;

Η Ting Xu, μία επιστήμονας στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ, δίνει καταφατική απάντηση στο ερώτημα αυτό. Όπως μεταδίδει το Science Daily, η ίδια έχει αναπτύξει έναν τρόπο να μιμείται συγκεκριμένες λειτουργίες φυσικών πρωτεϊνών χρησιμοποιώντας μόνο 2, 4 ή 6 διαφορετικά δομικά στοιχεία - αυτά που χρησιμοποιούνται σήμερα στα πλαστικά - και διαπίστωσε ότι αυτά τα εναλλακτικά πολυμερή λειτουργούν εξίσου καλά με την πραγματική πρωτεΐνη και είναι πολύ πιο εύκολο να συντεθούν. Η ίδια και οι συνάδελφοί της δημοσίευσαν τα αποτελέσματά τους στο τεύχος της 8ης Μαρτίου του περιοδικού Nature.

Ως απόδειξη της ιδέας της, χρησιμοποίησε τη μέθοδο σχεδιασμού της, η οποία βασίζεται στη μηχανική μάθηση ή στην τεχνητή νοημοσύνη, για να συνθέσει πολυμερή που μιμούνται το πλάσμα του αίματος. Το τεχνητό βιολογικό υγρό διατήρησε ανέπαφους τους φυσικούς βιοδείκτες πρωτεΐνης χωρίς ψύξη και μάλιστα έκανε τις φυσικές πρωτεΐνες πιο ανθεκτικές στις υψηλές θερμοκρασίες σε σχέση με το πραγματικό πλάσμα αίματος.

Τα υποκατάστατα πρωτεΐνης, ή τυχαία ετεροπολυμερή (RHP), θα μπορούσαν να αλλάξουν το παιχνίδι για βιοϊατρικές εφαρμογές, καθώς καταβάλλεται μεγάλη προσπάθεια για την προσαρμογή των φυσικών πρωτεϊνών, ώστε να κάνουν πράγματα για τα οποία δεν έχουν δημιουργηθεί ή προσπαθούν να αναδημιουργήσουν τη 3D δομή των φυσικών πρωτεϊνών.

Αντίθετα, η τεχνητή νοημοσύνη θα μπορούσε να επιλέξει το σωστό αριθμό, τύπο και διάταξη πλαστικών δομικών στοιχείων - παρόμοια με αυτά που χρησιμοποιούνται στα οδοντικά σφραγίσματα, για παράδειγμα - για να μιμηθεί την επιθυμητή λειτουργία μιας πρωτεΐνης, ενώ θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί απλή χημεία πολυμερών για τη δημιουργία της. Στην περίπτωση του πλάσματος αίματος, για παράδειγμα, τα τεχνητά πολυμερή σχεδιάστηκαν για να διαλύουν και να σταθεροποιούν φυσικούς πρωτεϊνικούς βιοδείκτες στο αίμα.

Απολαμβάνετε το περιεχόμενο μας? Εγγραφείτε στο newsletter μας!

«Βασικά, όλα τα δεδομένα δείχνουν ότι μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτό το πλαίσιο σχεδίασης, αυτή τη φιλοσοφία, για να δημιουργήσουμε πολυμερή σε σημείο που το βιολογικό σύστημα δεν θα μπορούσε να αναγνωρίσει αν είναι πολυμερές ή αν είναι πρωτεΐνη», είπε η Xu, Καθηγήτρια Χημείας και Επιστήμης και Μηχανικής Υλικών στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια. "Βασικά ''κοροϊδεύουμε'' τη βιολογία. Η όλη ιδέα είναι ότι, αν το σχεδιάσετε πραγματικά και κάνετε έγχυση των πλαστικών σας ως μέρος ενός οικοσυστήματος, θα πρέπει να συμπεριφέρονται σαν πρωτεΐνη".