大型二十面体蛋白质纳米笼的精确设计推动了生物工程界限

受到蛋白质分子机器和自然界中观察到的材料的形式和功能的启发，例如保护病毒基因组的壳，研究人员现在已经设计了10个大的120亚基双组分蛋白质复合物。这些结构不仅可以建立原子级精度，还可以封装其他材料。

这些材料被设计成具有二十面体对称性，通过重复几何布置提供有效的构造，同时最大化用于承载有效载荷的包装空间。二十面体是一个20边的多边形，是测地圆顶的基本建模单位。这些新分子结构的成功设计和实验表征在本周的科学封面文章中有所报道。该论文的标题是“精确设计的兆量子级双组分二十面体蛋白复合物”。11人团队的首席研究员是Jacob B. Bale，他最近毕业于华盛顿大学分子与细胞生物学博士。程序。他现在是西雅图Arzeda公司的研究科学家。

资深作者是华盛顿大学蛋白质设计研究所的David Baker和Neil P. King。贝克是华盛顿大学生物化学教授和霍华德休斯医学研究所的研究员，金是翻译研究员和代理助理教授。这项工作是与加州大学洛杉矶分校和霍华德休斯医学研究所的Janelia研究园区的研究人员密切合作进行的。

“我们开始设计能够通过受控的体外[试管]装配来包装大分子货物的双组分二十面体蛋白质结构，”研究人员写道，他们努力为实际应用创造新的纳米机器。通过华盛顿大学开发的分子建模软件和世界上越来越多的其他机构，在原子水平上设想了蛋白质结构。包含纳米结构的蛋白质在DNA序列中编码并在细菌细胞内部产生，共同作为小蛋白质制造工厂。然后通过各种技术纯化和表征蛋白质。发现其中10种材料与设计模型密切配合。

本研究报道的蛋白质纳米结构是迄今为止最大的设计蛋白质复合物，由X射线晶体学证实。分子量在1.8到2.8兆道尔顿之间，直径在24到40纳米之间，这些设计在尺寸上与含有小病毒遗传物质的蛋白质壳相当。

这些新设计的分子内部的空腔，以及混合分子组分的各种方法，使它们非常适合封装各种材料。

作为货物包装能力的初步证明，研究人员能够将他们的蛋白质纳米笼子封装到增压绿色荧光蛋白的有效载荷中。这种化合物在某些北太平洋水母中发出明亮的荧光。荧光蛋白通常用于实验室中以研究细胞的内部工作以及生物学研究和生物工程的许多其他方面。

研究人员说，原子级精度和设计材料的快速，可控组装，它们的大小和复杂性，以及它们具有附加功能的基因改造能力，“将生物分子工程的界限推向了新的领域”。

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