«По-прежнему существует острая необходимость в быстрых и эффективных методах, которые могут проверять свойства большого количества белковых последовательностей с минимальным объемом образца или в живых клетках», — сообщают исследователи в онлайн-журнале Analyst.Природные белки, такие как шелк, коллаген, шерсть и другие натуральные волокна, составляют 40 миллиардов долларов.«Нам известно от 30 до 40 природных структурных белков», — сказал Мелик К. Демирель, профессор развития Pierce и профессор инженерных наук и механики Penn State. «Шелк очень прочен, но когда его помещают в воду, он теряет свою прочность. Белки кольцевых зубов кальмаров обладают схожими свойствами, но, поскольку они эволюционировали во влажной среде, у них нет этой проблемы».
Поиск вариантов встречающихся в природе белков с определенными характеристиками — это только один подход.«Проблема в том, что когда мы смотрим на механические свойства, мы видим область, в которой природные материалы не обладают такими свойствами», — сказал Демирель. «Либо природа не создала белки с этими характеристиками, либо они исчезли». Белки, которые интересуют Демиреля и его команду, являются как натуральными, так и синтетическими.
Они полукристаллические, и свойства, которые ищет команда, могут быть охарактеризованы их кристаллической структурой, но кристаллическая структура изменяется по мере нагрева материала. Стандартные лазеры для проточной цитометрии вырабатывают слишком много тепла для этого использования.«Проблема со светом в том, что когда вы направляете его на объект, он в конечном итоге нагревается», — сказал Демирель. «Если мы пытаемся измерить кристалличность, мы должны делать это достаточно быстро, чтобы он не нагрелся и не изменил кристаллическую структуру».Исследователи проводят проточную цитометрию, но используют фемтосекундные и пикосекундные лазеры для проверки протекающих белков в одном файле.
Затем выбранные белки можно отделить от остальных. Лазеры, работающие так же быстро, как и они, не нагревают образцы быстро, поэтому исследователи могут исследовать необходимую информацию до того, как образец нагреется и структура изменится. Они используют процесс, называемый термопередачей во временной области, который позволяет проводить скрининг белков за миллисекунды и не убивает живые клетки.
Помимо белков природного происхождения, исследователи изучают синтетические белки, специально адаптированные из белков кольцевых зубов кальмаров. Бактерии производят эти белковые нити, поэтому необходим нелетальный метод их классификации.
Это контрольное исследование показало, что этот метод действительно работает.Демирель недавно получил грант «Высокопроизводительный скрининг эволюционных биологических материалов» от Программы исследовательского оборудования оборонного университета на создание машины, которая может делать это в больших объемах.
Фонды DURIP могут быть использованы только для приобретения основного оборудования для увеличения существующего или для развития новых исследовательских возможностей в поддержку соответствующих исследований Министерства обороны. Белки кольцевых зубов кальмаров, поскольку они функционируют в воде, могут иметь важное значение в морской среде.