|
|
 |
Πρωτεΐνες που αναπηδούν
|
|
|
|
|
|
|
Οι παλαίμαχοι της παιδικής χαράς σίγουρα θα θυμούνται με νοσταλγία τη σούπερ-μπάλα, τη σκληρή σφαίρα από αφρώδες πλαστικό που αναπηδά όταν πέφτει από κάποιο ύψος, επιστρέφοντας σχεδόν στο σημείο από όπου ξεκίνησε. Οι επιστήμονες συνέθεσαν πρόσφατα στο εργαστήριο τη φυσική εκδοχή της σούπερ-μπάλας. Γνωστή ως ρεζιλίνη, η υπεραποδοτική ελαστική πρωτεΐνη δίνει στους ψύλλους τη δυνατότητα να πραγματοποιούν τα άλματά τους, στις μύγες να χτυπούν τα φτερά τους και στους τζίτζικες να τραγουδούν τους έρωτές τους. Μια συνθετική εκδοχή της συγκεκριμένης πρωτεΐνης μπορεί να γνωρίσει πολυάριθμες βιοϊατρικές ή βιομηχανικές εφαρμογές, χρησιμοποιούμενη, για παράδειγμα, στην κατασκευή καρδιακών βαλβίδων, μεσοσπονδύλιων δίσκων, νανοαρθρώσεων, ακόμη και σε σόλες για τα παπούτσια.
Έχοντας ταυτοποιηθεί για πρώτη φορά πριν από 40 χρόνια, η ρεζιλίνη βρίσκεται εδώ και καιρό στο επίκεντρο του ενδιαφέροντος της βιομιμητικής μηχανικής ―του κλάδου της έρευνας όπου γίνεται προσπάθεια μίμησης ή αντιγραφής βιολογικών συστημάτων. Ένα παρόμοιο βιοϋλικό, το οποίο έχει αξιοποιηθεί ώς ένα βαθμό σε πρακτικές εφαρμογές, είναι η ελαστίνη. Η πρωτεΐνη αυτή επιτρέπει σε ορισμένους ιστούς, όπως φέρ’ ειπείν στων αιμοφόρων αγγείων, να επανακτούν το σχήμα τους ύστερα από κάποιο λύγισμα.
Η διαμόρφωση των δύο αυτών πρωτεϊνών στο χώρο ―η οποία είναι υπεύθυνη για τις ελαστικές τους ιδιότητες― μοιάζει πολύ: διαθέτουν τυχαία περιελιγμένες αμινοξικές αλυσίδες που ενώνονται ανά διαστήματα μεταξύ τους με μοριακές διασυνδέσεις, εξηγεί ο Julian Vincent, καθηγητής βιομιμητικής στο Πανεπιστήμιο του Μπαθ της Μεγάλης Βρετανίας. Όταν η ρεζιλίνη προσλαμβάνει νερό, φουσκώνει, και οι περιελιγμένες περιοχές μπορούν να περιστρέφονται ελεύθερα ―κάτι που επιτρέπει στις πρωτεΐνες να «ξετυλιχτούν» καθώς επιμηκύνονται. Και οι δύο ουσίες είναι δυνατόν να εκταθούν σημαντικά χωρίς να σπάσουν ―η ελαστίνη κατά 100%, ενώ η ρεζιλίνη κατά 300% τουλάχιστον.
Λίγο μετά την ταυτοποίηση του γονιδίου που κωδικοποιεί τη ρεζιλίνη στη μύγα Drosophila melanogaster το 2001, ο Christopher M. Elvin, της εταιρείας CSIRO Livestock Industries ―η οποία εδρεύει στο Μπρίσμπεϊν της Αυστραλίας―, άρχισε να σχεδιάζει πώς θα παραγάγει την πρωτεΐνη «χωρίς» τη συμβολή εντόμων. Όπως αναφέρουν σε πρόσφατη δημοσίευσή τους στο περιοδικό Nature, ο Elvin και η ομάδα του μετέφεραν αρχικά το λειτουργικό τμήμα του γονιδίου της ρεζιλίνης σε βακτήρια Escherichia coli. Στη συνέχεια καλλιέργησαν μεγάλες ποσότητες των μικροβιακών αυτών «εργοστασίων», τα οποία εξέφραζαν το γονίδιο και παρήγαγαν μια ακατέργαστη πρωτεΐνη, την προρεζιλίνη, μέσα σε ένα ημίρρευστο διάλυμα.
Η μετατροπή της προρεζιλίνης σε ελαστικό στερεό προϋπέθετε το σχηματισμό μοριακών διασυνδέσεων μεταξύ σπειροειδών πεπτιδικών αλυσίδων. Αφού δοκίμασαν διάφορες τεχνικές, ο Elvin και οι συνεργάτες του πέτυχαν τελικά το στόχο τους, εκθέτοντας για σύντομο χρονικό διάστημα την προρεζιλίνη σε φως, παρουσία ενός μεταλλικού καταλύτη και ενός οξειδωτικού μέσου. Υπό τις συνθήκες αυτές ξεκινούσε μια φωτοχημική αντίδραση που οδηγούσε στο σχηματισμό των αναγκαίων διασυνδέσεων.
Η στερεή ανασυνδυασμένη ρεζιλίνη εμφανίζει παρόμοιες ιδιότητες με τη φυσική της εκδοχή, λέει ο Elvin. Η ομάδα εργάζεται τώρα για να κατανοήσει καλύτερα τη βασική λειτουργία του υλικού, ώστε να μπορεί να ενσωματώνει τις αλληλουχίες της πρωτεΐνης που προσδίδουν ελαστικότητα στα νέα πολυμερή τα οποία συνθέτει.
Ωστόσο, θα πρέπει να αντιμετωπιστούν ορισμένα προβλήματα προτού γίνουν διαθέσιμες διάφορες πρακτικές εφαρμογές της ρεζιλίνης. Η φυσική ρεζιλίνη είναι εκτατή, αλλά όχι ιδιαίτερα δύσκαμπτη. Η φύση αντιμετωπίζει το μειονέκτημα αυτό «συνδυάζοντάς» τη με τη σκληρή χιτίνη· μια παρόμοια προσέγγιση ίσως να είναι απαραίτητη για να ενδυναμωθεί και η συνθετική πρωτεΐνη. Επιπλέον, επειδή η πρωτεΐνη είναι βιοδιασπάσιμη, θα πρέπει πιθανότατα να τροποποιηθεί προτού χρησιμοποιηθεί σε υγρά περιβάλλοντα, όπως για παράδειγμα το εσωτερικό του σώματός μας. Τέλος, για να διατηρηθεί η ελαστικότητα της ρεζιλίνης σε ξηρές συνθήκες, είναι αναγκαίο να βρεθεί κάτι το οποίο θα χρησιμοποιείται στη θέση του νερού. «Μολονότι οι δυνατότητες δείχνουν τεράστιες, τη στιγμή αυτή προέχει να κάνουμε την πρωτεΐνη να δουλέψει όπως εμείς θέλουμε», τονίζει ο Elvin. «Και για να γίνει κάτι τέτοιο, φαίνεται ότι χρειάζονται τουλάχιστον 10 χρόνια». Αν όμως αυτό συμβεί, οι μπάλες ρεζιλίνης θα αποτελέσουν πιθανότατα τη νέα μεγάλη μόδα στις παιδικές χαρές ανά τον κόσμο.
|
|
|
|
|
|
