La conception informatique des protéines utilise des acides aminés non naturels

Les protéines sont les machines moléculaires qui font de tous les êtres vivants des bourdons. Ils arrêtent les infections mortelles, guérissent les cellules, obtiennent de l’énergie du soleil et bien plus encore.

Les protéines sont construites en assemblant des blocs de construction chimiques appelés acides aminés, selon les instructions données dans le génome d’un organisme. Ces tendons se « plient » ensuite en fonction des forces chimiques entre les acides aminés, formant les structures tridimensionnelles complexes nécessaires pour remplir des fonctions spécifiques.

Les protéines fluorescentes ont révolutionné notre capacité à étudier systèmes biologiques. Malgré l’abondance des outils de fluorescence, certains processus biologiques de base – comme les interactions entre protéines et métabolites – restent difficiles à étudier.

Le professeur agrégé Jeremy Mills et son groupe de la School of Molecular Sciences de l’Arizona State University et du Center for Molecular Design and Biomimetics du Biodesign Institute ont publié leurs recherches dans la revue. Biochimie Et apporter une nouvelle solution à ce problème.

Plus précisément, ils utilisent un acide aminé fluorescent introuvable dans la nature pour générer un nouveau nombre protéines fluorescentes dont les propriétés d’émission de lumière changent lorsqu’elles interagissent avec la biotine, un composé très important dans un certain nombre de processus métaboliques.

« Un aspect important de cette étude est que des images au niveau atomique ont été générées pour bon nombre de ces nouvelles protéines, qui fournissent de nombreuses informations sur la manière dont la biotine se lie pour modifier les propriétés de fluorescence des protéines », a déclaré Mills. « Ces informations jettent les bases du développement de nouvelles protéines fluorescentes qui contribueront à faire progresser l’héritage que les protéines fluorescentes ont déjà forgé dans l’étude des systèmes biologiques. »

« Les protéine Tijana Raj, directrice de la School of Molecular Sciences, a déclaré que les études de Jeremy Mills sont marquées par une érudition exceptionnelle et un engagement inlassable à faire des progrès critiques qui profiteront à la science et à la société dans son ensemble.

Cette étude a impliqué une énorme quantité de travail, y compris la conception de formulations de protéines, des expériences et la purification et la cristallisation des protéines afin de collecter des données de diffraction. Les données seront utilisées dans de futures études visant à la conception rationnelle de capteurs fluorescents à base de protéines pour la liaison ou la dissociation de petites molécules.

Ce travail a été financé par une subvention des National Institutes of Health (NIH). La subvention de projet de recherche (R01) est le mécanisme de subvention original et historiquement plus ancien utilisé par les National Institutes of Health. La subvention se concentre sur le développement de nouveaux outils basés sur les protéines fluorescentes qui seront largement applicables à l’étude des systèmes biologiques de manières difficiles à réaliser en utilisant les protéines fluorescentes existantes.

Bien que la nature fabrique des protéines depuis plus de trois milliards d’années, le nombre de protéines possibles est astronomique : il existe plus de façons de synthétiser 100 acides aminés qu’il n’y a d’atomes dans l’univers. Pendant des années, les scientifiques ont essayé de prédire quelles formes les molécules de protéines devraient prendre en fonction de ces formes Acides aminés– Avec un succès limité. L’étude actuelle est une étape importante vers la compréhension de la façon d’exploiter la puissance des protéines pour aider à guider les efforts futurs pour concevoir de manière rationnelle de nouveaux capteurs fluorescents.

Mills est également passionné d’apporter son plaisir de la science à la communauté locale. Il attribue une grande partie de son amour pour la recherche à sa participation à des expo-sciences locales et internationales pendant ses études secondaires. Est juge à l’Arizona Science and Engineering Fair et à l’International Science and Engineering Fair, le cas échéant. Il démontre également fréquemment l’utilisation par le public du logiciel de repliement des protéines Foldit et a développé des leçons destinées à un public régulier qui utilise la fonction Foldit comme base.