Sentetik polimerler vücudun doğal proteinlerinin yerini alabilir mi?

Dünyadaki yaşamın çoğu, yüzbinlerce farklı, özelleşmiş proteine ​​dönüşen 20 amino asitten oluşan polimerlere dayanmaktadır. Reaksiyonları katalize ederler, omurga ve kas oluştururlar ve hareket üretirler.

Ama tüm bu çeşitlilik gerekli mi? Biyoloji, daha az yapı taşı ve daha basit polimerlerle aynı şekilde çalışabilir mi?

Ting XuA Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley polimer bilimcisi öyle düşünüyor. Şu anda plastiklerde kullanılan iki, dört veya altı farklı yapı bloğu kullanarak doğal proteinlerin belirli işlevlerini taklit etmenin bir yolunu geliştirdi ve bu alternatif polimerlerin gerçek protein kadar iyi çalıştığını ve sentezlemeye çalışmaktan çok daha kolay olduğunu buldu. doğanın tasarımını kopyalayın.

Araştırma kısmen tarafından finanse edildi ABD Ulusal Bilim Vakfı ve yayınlandı Doğa.

Konseptin bir kanıtı olarak, kan plazmasını taklit eden polimerleri sentezlemek için makine öğrenimine veya yapay zekaya dayalı tasarım yöntemini kullandı. Yapay biyolojik sıvı, doğal protein biyobelirteçlerini soğutma olmadan sağlam tuttu ve hatta doğal proteinleri yüksek sıcaklıklara karşı daha dirençli hale getirdi – gerçek kan plazmasına göre bir gelişme.

Protein ikameleri, biyomedikal uygulamalarda oyunun kurallarını değiştirebilir, çünkü doğal proteinleri başlangıçta yapmak üzere tasarlanmadıkları şeyleri yapmak veya doğal proteinlerin 3B yapısını yeniden yaratmaya çalışmak çok fazla çaba gerektirir.

Bunun yerine yapay zeka, bir proteinin istenen işlevini taklit etmek için örneğin diş dolgularında kullanılanlara benzer şekilde plastik yapı taşlarının doğru sayısını, türünü ve düzenini seçebilir ve bunu yapmak için polimer kimyası kullanılabilir.

Örneğin kan plazması durumunda, yapay polimerler kandaki doğal protein biyobelirteçlerini çözmek ve stabilize etmek için tasarlandı. Xu ve ekibi ayrıca bir hücrenin içindeki sıvıyı değiştirmek için sitosol adı verilen sentetik polimerlerin bir karışımını yarattı. Yapay biyolojik sıvıyla dolu bir test tüpünde, hücrenin nanomakineleri, yani ribozomlar doğal olarak dışarı pompalanmaya devam etti.

Tasarım çerçevesi ayrıca, fotosentez gibi bir sistemi iyileştirmek için plastik polimerlerin doğal proteinlerle sorunsuz bir şekilde etkileşime girdiği hibrit biyolojik sistemlerin tasarlanmasına da kapı açar. Polimerler, sistemi geri dönüştürülebilir ve sürdürülebilir hale getirerek doğal olarak bozunabilir.

Xu’nun amacı, biyomalzemelerin şu anda nasıl tasarlandığını yeniden düşünmektir. “Biyolojinin bize malzemenin nasıl tasarlanması gerektiğini söylemesine izin vermiyoruz. Bireysel yollara, bireysel faktörlere bakıyoruz ve bütünsel olarak bakmıyoruz.”