Химики из Университета ИТМО «воскресили» белки с помощью заряженных наночастиц

Химики из санкт-петербургского Университета ИТМО и Еврейского университета в Иерусалиме разработали новый метод «воскрешения» белков. В отличие от большинства способов, которые специфичны для восстановления активности отдельных белков, новый метод подходит для целой группы. Работа опубликована в Scientific Reports.

Белки представляют собой биополимеры, состоящие из цепочек аминокислот. Чтобы стать «работоспособной» и выполнять свои функции (например, катализировать клеточные процессы), молекула белка сворачивается в трехмерную структуру, которая стабилизируется взаимодействиями между разными аминокислотами белковой цепочки и молекулами в ее окружении. Большинство взаимодействий довольно слабые и их можно разрушить нагреванием, химическими реагентами (концентрированными кислотами или щелочами) или радиацией. В этом случае происходит денатурация белка, то есть его пространственная структура полностью или частично разрушается, молекулы белка слипаются между собой и белок теряет активность. В некоторых случаях, если из раствора убрать денатурирующие белок вещества или понизить его температуру, происходит обратный процесс — ренатурация, во время которого пространственная структура белка и его «работоспособность» частично восстанавливаются.

Многие лекарства, например антитела — это белки, и могут денатурировать. Поэтому исследователи активно ищут способы их «воскрешения». Методы восстановления можно разделить на группы: денатурирующие вещества убирают из раствора, так что белки частично восстанавливают свою активность; во время восстановления белков в раствор добавляют вещества, помогающие процессу, или регулируют физические условия во время ренатурации. Однако в большинстве таких методов приходится подбирать условия восстановления для каждого белка в отдельности: это трудоемкий и требующий времени процесс. Авторы новой работы разработали способ ренатурации, который подходит для целой группы отрицательно заряженных белков.

Ранее та же группа исследователей разработала метод «воскрешения» белков после температурной денатурации с помощью наночастиц оксида алюминия. К денатурированному белку карбоангидразе добавляли раствор наночастиц и высушивали смесь в вакууме. В результате образовывался гель, в структуре которого было достаточно места для восстановления трехмерной структуры карбоангидразы, так что активность белка восстанавливалась.

В новом исследовании ученые решили использовать наночастицы оксида алюминия более универсальным способом и попробовать «воскресить» отрицательно заряженные белки с помощью положительно заряженных наночастиц. В экспериментах использовались карбоангидраза, кислая фосфатаза и пероксидаза хрена. После химической денатурации исследователи добавляли в раствор одного, двух или трех белков положительно заряженные наночастицы оксида алюминия, на которых сорбировался белок. Таким образом частицы изолировали молекулы белка друг от друга и препятствовали их слипанию. Затем наночастицы с белками переносили в другой раствор, убирая денатурирующий агент, чтобы началось восстановление пространственной структуры белков. Процесс ренатурации происходил на поверхности наночастиц, которые за счет сильного заряда отталкивались друг от друга и не давали белкам слипаться. На последнем этапе из раствора «воскрешенных» белков удаляли наночастицы.

Оказалось, что новый метод позволил восстановить пространственную структуру у 60-70 процентов белков, если они ренатурировали поодиночке (из-за особенностей структуры пероксидазы она хуже поддается восстановлению, поэтому она ренатурировала меньше — примерно на 30 процентов). При смешивании в растворе двух белков процент восстановленных молекул достигал 70-80 процентов, а в смеси трех — 50-60 процентов. По мнению авторов работы, новый метод хорош тем, что наночастицы просты в получении и их можно использовать многократно, с их помощью можно «воскрешать» несколько белков одновременно.

Ранее ученые обнаружили, что многие белки клетки могут возвращаться к нормальной работе после резкого повышения температуры клетки. Оказалось, что «слипание» белков необязательно приводит к их последующей деградации, а скорее выполняет защитную и регуляторную функции.

Екатерина Русакова