Новости химической науки > Вирусы помогут вырастить новые кости

Исследователи из США заявляют, что при правильном подборе условий вирусы-бактериофаги M13 могут самоорганизоваться с образованием целого набора практически полезных структур. Эти структуры смогут рассеивать электромагнитные колебания с различной длиной волны, и даже играть роль шаблонов-матриц для роста колоний клеток или неорганических систем, подобных материалу кости.

Самоорганизация бактериофагов M13 может приводить к образованию трех различных четких структур. (Рисунок из Nature, 2011, 478, 364 (DOI: 10.1038/nature10513))

Способность к самоорганизации фагов M13 объясняется их уникальной формой – они представляют собой длинные тонкие трубки, длина которых составляет 880 нм, а ширина – 7 нм. Внешняя белковая оболочка вирусов способствует тому, что эти бактериофаги образуют спиралевидную структуру.

Другие нитевидные органические биологически активные молекулы, обладающие спиралевидной структурой, как, например, коллаген, могут самоорганизовываться с образованием биологических тканей, способных проявлять самые различные свойства. В зависимости от характера самоорганизации, определяющегося условиями окружающей среды, коллаген может образовывать эластичную ткань кожи, прозрачную ткань глаза или участвовать в создании прочной костной ткани.

Для обеспечения самоорганизации фагов M13 исследователи из Университета Калифорнии (Беркли), работавшие под руководством Сонг-Вук Ли (Seung-Wuk Lee) приготовили обычную суспензию бактериофагов в солевом растворе, затем в этот раствор помещали стеклянную пластинку, взаимодействуя с которой вирусы образовывали пленку. Однако, к удивлению исследователей, распределение фагов по пластинке не носило случайный характер, образовывались пленки с определенной структурой. Более того, структура образовавшихся пленок зависела, как от концентрации фагов в суспензии, так и от скорости извлечения стеклянной пластинки из суспензии.

Ли с соавторами обнаружили, что в результате самоорганизации бактериофагов образуется три основных структуры. Во-первых, фаги могли образовывать чередующиеся полосы, в которых они были размещены либо параллельно направлению вытягиванию пластинки из раствора, либо перпендикулярно ей. Вторая структура напоминала первую, отличаясь от нее тем, что фаги, ориентированные параллельно движению стекла из раствора, переплетались друг с другом. Третий тип самоорганизации представлял собой закрученные нити, ориентированные вдоль стекла.

Изменение концентрации суспензии и скорости извлечения стекла позволило исследователям из группы Ли не только получать каждый из отдельных типов самоорганизации в чистом виде, но и вносить незначительные изменения в каждую из типов структур – например, изменить расстояние между отдельными полосами в первой структуре. Это обстоятельство позволяет применять пленки в качестве систем для дифракции, светорассеивания или отражения света с определенной длиной волны.

Генетическая модификация фагов, приводящая к тому, что на их поверхности формировался ряд специфических пептидов, позволила специалистам по биоинженерии выращивать клетки на поверхности образовавшихся самоорганизованных систем, главным образом – на результате самоорганизации третьего типа. Исследователям также удалось использовать полученные пленки в качестве шаблона для отложения фосфата кальция и выращивания прочного материала, по свойствам похожего на зубную эмаль, что, возможно, позволит разработать новый способ выращивания искусственных костей.

Источник: Nature, 2011, 478, 364 (DOI: 10.1038/nature10513)

метки статьи: #биохимия, #медицинская химия, #межмолекулярные взаимодействия, #нанотехнологии, #супрамолекулярная химия