Dalle proteine i blocchi costitutivi per le nanotecnologie

Le proteine sono un polimero naturale costituito da catene di aminoacidi. La stupefacente diversità della funzione delle proteine dipende in gran parte dalla struttura 3D che adottano dopo la loro sintesi, a sua volta regolata soprattutto dalle sequenze di peptidi.

La capacità di ingegnerizzare le proteine per ottenere strutture e funzioni desiderate e stabili apre la via a strumenti nanobiologici senza precedenti, come ad esempio le piattaforme di bioriconoscimento, che potranno essere utilizzate nelle applicazioni per il rilevamento delle malattie o dei pericoli ambientali. Gli scienziati del progetto BIONANOTOOLS (“Protein design to generate bio-functional nanostructures”), finanziato dall’UE, hanno gettato le basi per nuove nanotecnologie basate sulle proteine.

I componenti del team hanno concentrato la loro attenzione sulle proteine ripetute TPR (ripetizioni di tetratricopeptide), motivi strutturali presenti in un gran numero di proteine di molti organismi, dai batteri agli esseri umani. Il motivo è costituito di 3-16 ripetizioni a coppie di determinati residui di aminoacidi ed esegue la mediazione delle interazioni tra proteine.

La stabilità termodinamica è un requisito per l’utilizzo nelle piattaforme nanobiologiche ed è largamente correlata alla struttura 3D che influisce sulle interazioni tra i singoli componenti. Gli studi dimostrano che la stabilità dei TPR può essere migliorata in modo prevedibile in base a semplici principi di progettazione.

Gli scienziati hanno inoltre riscontrato la possibilità di progettare i TPR in vista della funzione, oltre che della stabilità, e i moduli di proteine ripetute creati sono stati in grado di legare nuovi peptidi obiettivo in vitro e nelle cellule.

I ricercatori del team BIONANOTOOLS sono riusciti a immobilizzare i moduli di riconoscimento stabili e funzionali sopra alle superfici, in vista della creazione di piattaforme di bioriconoscimento e hanno dimostrato la possibilità di controllare proprietà intrinseche di auto-assemblaggio dei TPR, per formare pellicole sottili nanostrutturate composte interamente di proteine e di fibre nanometriche.

La conoscenza più approfondita dei TPR ha permesso di ottenere a livello ingegneristico maggiore stabilità e la struttura desiderata per funzioni specifiche. L’integrazione della tecnologia con substrati su pellicole sottili e nanofibre apre la strada a una nuova era di nanodispositivi per applicazioni che vanno dalle nanotecnologie alla biomedicina e oltre.