Mauri Kostiainen has received a two million euro grant to study new biohybrid materials
The work of Mauri Kostiainen can help combine the best characteristics of biomolecules and synthetic materials.
Tutkijat kehittivät menetelmän virusten kapsidiproteiinien uudelleenmuotoiluun
Tutkijat ovat kehittäneet uuden DNA- ja RNA-origaminanorakenteita hyödyntävän keinon virusten kapsidiproteiinien järjestämiseen haluttuihin muotoihin. Tuloksesta voi olla monenlaista hyötyä biolääketieteessä.
Tutkijat ovat kehittäneet keinon ohjelmoida viruspartikkelien kokoa ja muotoa käyttämällä DNA:sta muokattuja malleja ohjaamaan kapsidiproteiinien järjestymistä. Tulokset on juuri julkaistu Nature Nanotechnology -lehdessä.
Virusten genomin sisällään pitäviä kapsidiproteiineja voidaan hyödyntää tarkkaan määriteltyjen proteiinirakenteiden valmistamiseen. Syntyvät rakenteet ovat kuitenkin riippuvaisia viruksen kannasta, ja ovat yleisesti muodoltaan joko ikosaedrisia tai helikaalisia. Näiden kokoonpanojen uudelleenohjelmointi avaa uusia mahdollisuuksia esimerkiksi rokotteiden kehittämisessä ja lääkkeiden kuljettamisessa elimistön sisällä.
Aalto-yliopiston tutkijoiden johtamaan ryhmään osallistui tutkijoita Helsingin ja Tampereen yliopistoista, sekä australialaisen Griffithin ja alankomaalaisen Twenten yliopistoista. Tavoitteeseen päästäkseen tutkijat poistivat viruksen normaalin genomin, jonka ympärille kapsidiproteiinit tavallisesti rakentuvat. Uuden mallin jäykkyyden varmistamiseksi he käyttivät DNA-origamirakenteita. Nämä rakenteet ovat vain kymmenistä satoihin nanometreihin pitkiä, mutta koostuvat kokonaan DNA:sta, joka voidaan laskostaa haluttuun muotoon.
”Lähestymistapamme perustuu DNA-nanorakenteiden negatiivisen varauksen ja kapsidiproteiinien positiivisesti varautuneen alueen välisiin sähköstaattisiin vuorovaikutuksiin, sekä yksittäisten proteiinien välisiin luontaisiin vuorovaikutuksiin. Muuttamalla käytettyjen proteiinien määrää pystyimme säätelemään DNA-origamia ympäröivien, järjestäytyneiden proteiinikerrosten määrää”, kertoo tutkimuksen pääkirjoittaja, väitöskirjatutkija Iris Seitz.
”Käyttämällä DNA-origamia mallina pystyimme ohjaamaan viruksen kapsidiproteiinit haluamaamme kokoon ja muotoon, jolloin saimme aikaan sekä pituudeltaan että halkaisijaltaan tarkkaan määriteltyjä rakenteita. Lisäksi testaamalla erilaisia DNA-origamirakenteita saimme tietoa eri mallien muodon vaikutuksesta proteiinien muodostamiin rakenteisiin”, Seitz jatkaa.
Korkealuokkaisen kryoelektronimikroskopiakuvauksen avulla tutkijat pystyivät visualisoimaan hyvin järjestäytyneet proteiinit ja mittaamaan erilaisista malleista johtuvat pienetkin muutokset rakenteiden geometriassa.
”Löysimme yksinkertaisen, mutta toimivan keinon kapsidiproteiinien ohjaamiseksi haluttuun muotoon. Lähestymistapamme on monikäyttöinen eikä rajoitu vain yhteen kapsidiproteiinityyppiin, kunhan proteiinilla vain on positiivisesti varautunut alue. Osoitimme tämän neljän eri viruksen kapsidiproteiineilla. Lisäksi mallia voidaan säätää sovelluskohtaisesti, esimerkiksi integroimalla origamiin RNA:ta, josta voidaan myöhemmin tuottaa proteiineja”, sanoo tutkimushanketta johtanut professori Mauri Kostiainen.
Vaikka DNA-origamirakenteet vaikuttavat lupaavilta biologisissa järjestelmissä, ne kärsivät silti epävakaudesta, etenkin jos läsnä on DNA:ta hajottavia entsyymejä.
”Testatessamme, miten entsyymit hajottavat DNA-rakenteita huomasimme selvästi, että proteiinikerros suojaa tehokkaasti kapseloituja DNA-nanorakenteita hajoamiselta. Yhdistämällä tämä suojaus nukleiinihappo-origamin toiminnallisiin ominaisuuksiin, kuten mahdollisuuteen toimittaa DNA:ta tai lähetti-RNA:ta yhdessä muiden molekyylien kanssa, uskomme että lähestymistapamme tarjoaa mielenkiintoisia tulevaisuuden suuntia biolääketieteelle”, professori Kostiainen sanoo.
Linkki julkaisuun Nature Nanotechnology -lehdessä: https://www.nature.com/articles/s41565-023-01443-x
Lisätiedot:
Iris Seitz, väitöskirjatutkija
[email protected]
Mauri Kostiainen, professori
[email protected]
Biohybrid Materials
Group led by Professor Mauri Kostiainen
- Julkaistu:
- Päivitetty:
Lue lisää uutisia
Modernin arkkitehtuurin tutkimukseen merkittävä apuraha Koneen säätiöltä – Laura Bergerin hanke rinnastaa rakennuskadon luontokatoon
Aalto-yliopiston postdoc-tutkija Laura Berger ja hänen työryhmänsä ovat saaneet Koneen säätiön 541 400 euron apurahan hankkeen tutkimiseen, joka tarkastelee rakennuskadon vaikutuksia yhteiskunnalle ja ympäristölle.
Professori Matti Rossille tiimeineen arvostettu AIS Impact Award 2024
Tiimi voitti palkinnon teknologisesta ja yrittäjyyteen liittyvästä vaikuttavuudesta
Tutkijoiden tavoitteena on korjata kvanttivirheet huoneenlämmön sijaan superkylmässä lämpötilassa
Kvanttitietokoneiden kehityksessä yksi suurimmista haasteista on se, että kvanttibitit eli kubitit ovat liian epätarkkoja. Tarvitaan siis tehokkaampaa kvanttivirheen korjausta, jotta kvanttitietokoneita voidaan tulevaisuudessa ottaa laajemmin käyttöön. Professori Mikko Möttösellä on kvanttikorjaukseen uudenlainen ratkaisuehdotus, ja sen kehittämiseksi hän on saanut kolmevuotisen apurahan Jane ja Aatos Erkon säätiöltä.