生物工学：標準化されたタンパク質ブロックを用いて拡張可能なナノ材料を設計する

木造家屋の骨組みは多数のさまざまな木材から成り立っているが、こうした構成要素が備えている規則性のために、家屋の構造は分かりやすい幾何学的原理を用いて設計することができる。これに比べると、多数の構成要素からなるタンパク質集合体の設計はずっと複雑であり、それは主にタンパク質構造の不規則な形状のためである。今回我々は、直線状や湾曲した形状、もしくは角度のある形状（いずれも拡張可能である）を形成できる、特定の幾何学的標準に従ったタンパク質ビルディングブロック、およびブロック間の相互作用について述べる。これらのブロックを用いて設計された集合体は、ブロックの拡張性と規則的な相互作用表面を受け継いでおり、モジュールの数を変えることで集合体を拡張または縮小したり、二次的な支柱で強化したりすることができる。我々は、X線結晶学の手法と電子顕微鏡を用いて、単純な多角形あるいは同心円状に入れ子にできる円形のオリゴマーから、再構成可能なサイズと形状を持つ、大きな多面体ナノケージや真っすぐにどこまでも続く「線路」のような集合体まで、ナノ材料を使い、容易に青写真を作ることのできる設計を検証した。タンパク質は構造、あるいは配列と構造の間の関係が複雑であることから、真っさらな三次元キャンバス上にタンパク質骨格を計画的に配置して大きなタンパク質集合体を構築することはこれまで不可能だった。今回、我々の設計プラットフォームの単純さと幾何学的規則性が、大ざっぱな形の簡単な構造青写真によってタンパク質ナノ材料を構築することを可能にしたのである。

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