Синтетическая биология — это очень междисциплинарная область, которая сочетает в себе биологию, химию и физику с инженерией. Его цель — разработать молекулярные фабрики и синтетические клетки с новыми свойствами или функциями для применения в здравоохранении, промышленности или биологических и медицинских исследованиях. Такие искусственные системы существуют в нанометровом масштабе и создаются путем комбинирования и сборки существующих, синтетических или сконструированных строительных блоков (например, белков).
Молекулярные системы имеют широкий диапазон применения, например, для синтеза химических соединений, удаления отходов, энергоснабжения и медицинской диагностики или лечения.В этом контексте NCCR Molecular Systems Engineering объединяет швейцарских ученых из разных дисциплин, чтобы стимулировать инновации и решать существующие и будущие проблемы. Бернский университет представлен лабораторией Фотиадис в NCCR MSE.Наномашины для преобразования энергии
Строительные блоки, обеспечивающие энергию, необходимы для питания молекулярных систем. Управляемые светом протонные насосы, такие как протеородопсин мембранного белка, представляют собой отличные наномашины для эффективного преобразования энергии.
Световая энергия, например солнечная энергия, легко доступна и эффективно используется протеородопсином для создания градиентов протонов через мембраны, которые разделяют два разных отсека. Такие градиенты затем можно использовать для управления строительными блоками молекулярных систем, управляемыми протонами, например переносчиками протонов.
Живые клетки обычно используют протонные градиенты для управления такими процессами, как импорт и экспорт растворенных веществ и ионов через переносчики, а также синтез метаболитов.Устранение короткого замыканияПри использовании обычных методов сборки протеородопсина и мембранных белков в целом в контейнеры, такие как липосомы или полимеросомы (т.
Е. Сферические структуры, состоящие из липидных или полимерных мембран), наблюдается симметричная интеграция в мембранах, приводящая к короткому замыканию и невозможности установления протонный градиент. Поэтому члены группы Fotiadis, в частности д-р Дэниел Хардер и Стефан Хирши, вместе с коллегами из NCCR MSE внедрили химический переключатель включения-выключения в протеородопсин, тем самым расширив его универсальность и позволив установить асимметричное распределение функциональных белки протеородопсина в мембранах путем селективной деактивации одной из двух возможных ориентаций.
Эта модифицированная версия протеородопсина представляет собой первый световой протонный насос и энергетический строительный блок, который можно активировать и деактивировать химическим путем, чтобы удовлетворить требованиям молекулярной системы. «Возможные применения этого универсального энергосберегающего строительного блока на определенных молекулярных фабриках представляют собой световую и солнечную энергию для производства молекул, таких как универсальная энергетическая валюта жизни АТФ (аденозинтрифосфат), и для биоремедиации загрязняющих веществ, таких как антибиотики в воде. ресурсов », — говорит Фотиадис. Исследование было опубликовано в научном журнале Angewandte Chemie International Edition.