Para ilmuwan menggunakan protein, RNA untuk membuat karung berongga, bola yang disebut vesikel – Sains Terkini

Menggunakan protein dan RNA, para ilmuwan telah menciptakan karung berongga, bola yang dikenal sebagai vesikel.

Entitas seperti-gelembung ini – yang terbentuk secara spontan ketika protein spesifik dan molekul RNA dicampur dalam larutan buffer berair – berpotensi sebagai kompartemen penyimpanan biologis. Mereka dapat berfungsi sebagai alternatif untuk vesikel tradisional yang terbuat dari senyawa organik yang tidak larut dalam air yang disebut lipid, kata para peneliti.

"Penemuan kami memiliki implikasi luas, dari memahami biologi sel dasar hingga memungkinkan aplikasi bioteknologi yang memungkinkan, seperti pengiriman obat yang ditargetkan atau pelepasan pestisida," kata Priya Banerjee, PhD, asisten profesor fisika di Universitas di Buffalo College of Arts and Sciences. "Bola berlubang ini terlihat dan berperilaku seperti vesikel lipid klasik yang telah digunakan orang dalam aplikasi bioteknologi selama bertahun-tahun, dengan pengecualian penting: Mereka tidak dibuat oleh lipid."

"Karena struktur berlubang yang menyerupai vesikel lipid, orang dapat membayangkan aplikasi yang berpotensi menarik di mana vesikel protein-RNA dikirim ke sel untuk melakukan misi penyelamatan dengan melepaskan biomolekul atau mengubah lingkungan subselular lokal," kata Davit Potoyan, PhD, asisten profesor kimia di Iowa State University. "Alasan lain untuk bersemangat adalah bahwa vesikel ini terbentuk secara spontan dari protein alami dan asam nukleat, yang dapat membantu untuk menghindari masalah toksisitas yang mungkin terlihat pada polimer lain yang dirancang untuk meniru vesikel lipid."


Temuan ini diterbitkan pada 22 Juni di Prosiding Akademi Sains Nasional.

Banerjee dan Potoyan memimpin proyek, bersama dengan Ibraheem Alshareedah, seorang mahasiswa PhD fisika UB, dan Mahdi Muhammad Moosa, PhD, seorang sarjana postdoctoral fisika UB, yang melakukan percobaan; dan Muralikrishna Raju, PhD, seorang sarjana postdoctoral kimia Iowa State yang melakukan simulasi komputer.

Untuk membuat vesikel berukuran mikron, para ilmuwan mencampurkan protein kationik yang terjadi secara alami dengan RNA dalam larutan buffer berair. Pada beberapa konsentrasi, molekul protein dan RNA berkerumun bersama untuk menghasilkan tetesan cairan, mirip dengan butiran minyak mengambang di air. Tetapi pada konsentrasi lain, protein dan RNA malah bergabung untuk membentuk gelembung seperti gelembung.

Sebagai bagian dari penelitian, tim juga memetakan kondisi di mana setiap jenis bentuk struktur. Eksperimen dan simulasi menunjukkan bahwa kompleks protein-RNA bergabung secara spontan dan disatukan karena lemahnya tarikan elektrostatik, interaksi yang menjijikkan, dan entropi rantai. Keseimbangan yang halus dari kekuatan-kekuatan ini menentukan apakah tetesan cairan atau vesikel berongga akan terbentuk, kata para peneliti.

"Kami berpendapat bahwa ada pertukaran antara kekuatan-kekuatan ini," kata Banerjee. "Ketika kamu memiliki terlalu banyak tolakan, protein dan molekul RNA tetap terpisah. Tetapi ketika kamu menyeimbangkan kekuatan rumit ini, kamu melihat stabilisasi dari berbagai struktur, tetesan cair atau kondensat berlubang ini."

Setelah menemukan prinsip bagaimana vesikel terbentuk, tim menciptakan tetesan berlubang serupa menggunakan blok bangunan lain, seperti polipeptida yang dirancang dan polimer sintetis, menunjukkan bahwa temuan dapat memiliki aplikasi luas.

"Kami juga mengamati bahwa vesikel bebas lipid yang serupa dapat terbentuk dengan banyak protein dan mimetik RNA," kata Moosa. "Kemampuan untuk memilih dan memilih dari kumpulan besar mimetik akan memungkinkan aplikasi bioteknologi yang dapat disesuaikan dari majelis ini."

UB telah mengajukan aplikasi paten sementara untuk vesikel protein-RNA bebas lipid dan metode pembuatan vesikel.

Studi baru ini dihasilkan dari penelitian Banerjee sebelumnya tentang kompleks protein-RNA, yang berfokus pada menghasilkan tetesan cairan dari molekul protein dan RNA.

Dalam satu percobaan, "Ketika kami menambahkan lebih banyak RNA ke tetesan, segera kompartemen ini, struktur seperti gelembung yang indah ini, mulai terbentuk di dalam tetesan itu," kenang Banerjee. "Tapi itu tidak stabil, dan hilang dalam beberapa menit."

Pengamatan yang aneh itu menyebabkan timnya mulai menyelidiki cara membuat struktur berongga dan membuatnya tetap utuh untuk periode yang lebih lama, yang dicapai oleh penelitian baru. Penelitian pada tetesan cair dan berlubang dapat meningkatkan pemahaman tentang bagaimana kompartemen serupa terbentuk secara spontan di dalam sel manusia, kata Banerjee.

Salah satu aspek yang menarik dari penelitian ini adalah pembentukan geometri vesikuler, mengingatkan pada membran, yang timbul dari molekul protein dan RNA, kata para ilmuwan. Lipid adalah blok bangunan yang terkenal untuk membran biologis, tetapi studi baru menunjukkan bahwa kemungkinan lain mungkin ada untuk menciptakan hambatan seperti membran dalam sistem biologis yang sebelumnya tidak diketahui, kata Banerjee. Penelitian selanjutnya dapat mengeksplorasi apakah dan bagaimana sel-sel mungkin menggunakan membran protein-RNA untuk melakukan fungsi biologis tertentu.


You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.