Nueva comprensión de cómo el lazo grande de las moléculas llevará para mejorar las drogas, materiales orgánicos sintéticos

Las bacterias pueden ser hechas para hacer girar la seda de la araña

La investigación biológica y médica es en el umbral de una nueva era basada en una mejor comprensión de cómo las moléculas orgánicas grandes vinculan y se reconocen. Hay gran potencial para explotar los procesos moleculares del muelle que son corrientes en todos los organismos desarrollar las nuevas drogas que actúan más específicamente sin efectos secundarios adversos, y los materiales nuevos de la construcción mímico la naturaleza.

Un taller reciente sobre la química de Biosupramolecular organizada por la fundación europea de la ciencia (ESF) consolidó la plataforma de Europa para el progreso hacia estas metas reuniendo a científicos en los campos relevantes e identificando las blancos dominantes de la investigación. El taller también identificó algunos usos cerca de la fruición, incluyendo la ingeniería de bacterias para producir las sedas tan fuertes para su grueso como telas de araña. Ha sido un desafío de muchos años para emular a las características mecánicas de la seda de la araña, que combina tiesura y fuerza extensible con la capacidad de llegar a ser elástico bajo altas tensiones para proteger contra la destrucción. Un proyecto reciente llevado por Thomas Scheibel en la universidad técnica de Munich está cercano a una solución que podría tener un anfitrión de los usos prácticos que se extendían de línea biodegradable a la armadura de cuerpo.

La producción de seda de la araña artificial ejemplificó la maestría y las habilidades requeridas para los usos acertados en química biosupramolecular, en este caso combinando la ingeniería genética con técnicas sofisticadas de la micromanipulación para optimizar la producción del material deseado. En primer lugar los genes fueron insertados en las bacterias a las proteínas del producto tan similares como sea posible a la seda de la araña. Entonces los acercamientos microfluidic, tratando de los líquidos en mismo las pequeñas escalas, fueron utilizados para fabricar la seda. Finalmente las características mecánicas fueron optimizadas más lejos substituyendo algunos de los componentes del aminoácido de las proteínas.

Otros usos de la química biosupramolecular son más futuros apagado, pero entrando en la gama, según el convenor del taller del ESF, profesor Anthony Davis de la universidad de Bristol en el Reino Unido. Pero el aspecto más importante del taller del ESF era la reunión de científicos en dos campos previamente distintos, dijo Davis. “Nuestra puntería principal era conseguir a dos grupos de científicos que hablaban el uno al otro - los químicos supramoleculares, y un grupo de biólogos que pudieron ser llamados los ingenieros biomoleculares del `',” dijeron Davis. “Este objetivo fue satisfecho ciertamente.” Los químicos supramoleculares estudian y manipulan las interacciones entre las moléculas generalmente mientras que los ingenieros biomoleculares se especializan en el aprovechamiento de las moléculas orgánicas grandes encontradas en naturaleza.

Las macromoléculas biológicas incluyen las proteínas que abarcan los aminoácidos, carbohidratos complejos hechos de moléculas más simples del azúcar, así como el ARN y la DNA hechos de los ácidos nucléicos. Desemejante de las pequeñas moléculas, estas construcciones grandes exhiben características químicas múltiples en diversas partes de su superficie, así que significa que las interacciones entre ellas dependen de características geométricas. Es el arreglo geométrico de las piezas, tanto como su identidad química, que determina cómo una macromolécula se comportará y obrará recíprocamente con otras moléculas grandes y pequeñas. Algunas moléculas reaccionarán o atarán solamente con ciertos otras, a menudo temporalmente, sobre una base de la “cerradura y de la llave” determinada por las formas relativas de la superficie. Tales asociaciones transitorias entre las moléculas grandes (supramoléculas) son muy importantes en biología, por ejemplo en el atascamiento entre los anticuerpos y los antígenos en la inmunorespuesta, y también entre una enzima y su substrato, es decir el compuesto que está actuando sobre.

Estas interacciones más flojas entre las moléculas grandes se llaman no-covalentes porque no implican la distribución de electrones, sino que por el contrario explotan variaciones en la distribución de la carga eléctrica en su vecindad. Puesto que cada enlace individual es débil, la vinculación no-covalente confía en la fuerza colectiva de enlaces múltiples y es por lo tanto solamente un mecanismo viable para las moléculas más grandes que ensamblan junta.

Así como ser importantes para el atascamiento temporal, las fuerzas no-covalentes de la vinculación son también esenciales para mantener la estructura de proteínas grandes, y para la hélice doble de la DNA, sobre una base de más largo plazo, llevando a cabo los componentes juntos. Esto es un tema muy complejo dado el gran número de combinaciones de componentes implicados, y así que un avance significativo divulgado en la conferencia del ESF Biosupramolecular por Andrei Lupas del instituto máximo de Planck para la biología de desarrollo en Alemania estaba de un diccionario que representaba las proteínas por los adornos, que es arreglos coherentes más pequeños de sus aminoácidos constitutivos, derivado de estudiar su historia evolutiva. Lupas demostró cómo tal diccionario se podría utilizar para derivar relaciones evolutivas entre las proteínas. Esto podría tener gran uso en biología evolutiva y también para determinar el papel de las proteínas cuya función es hasta ahora en gran parte desconocido, así como las enfermedades de comprensión donde salen mal las interacciones de la proteína.

Identificando muchas avenidas prometedoras de la investigación, el taller del ESF es probable ser seguido por otras reuniones, según Davis. ” Esperamos organizar otra reunión en 2009, y guardamos quizá el ir a crear una serie regular de simposios.”

El taller del ESF, química de Biosupramolecular, fue sostenido en Bristol, Reino Unido, 4-8 de septiembre de 2007. Cada año, el ESF apoya aproximadamente 50 talleres exploratorios a través de todos los dominios científicos. Estas sesiones pequeñas, interactivas del grupo se dirigen que abren nuevas direcciones en la investigación para explorar nuevos campos con un impacto potencial en progresos en ciencia.

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