요약: 양자점은 일반적으로 높은 온도와 독성이 있고 값비싼 용매를 사용하는 산업 환경에서 만들어집니다. 이는 경제적이거나 환경 친화적이지 않은 프로세스입니다. 그러나 연구자들은 이제 물을 용매로 사용하여 실온에서 안정적인 최종 제품을 만드는 공정을 벤치에서 시작했습니다. 그들의 작업은 자연에서 유래하지 않은 단백질 서열이 기능성 물질을 합성하는 데 사용될 수 있음을 보여줌으로써 보다 지속 가능한 방식으로 나노 물질을 만드는 문을 열어줍니다.
Nature는 20개의 표준 아미노산을 빌딩 블록으로 사용하여 단백질을 만들고 생물학적 기능을 수행하는 복잡한 분자를 만들기 위해 서열을 결합합니다.
그러나 자연에 의해 선택 되지 않은 서열은 어떻게 될까요? 그리고 자연에 있는 어떤 것과도 거의 닮지 않은 새롭거나 새로운 단백질 을 만들기 위해 완전히 새로운 서열을 구성하는 데 어떤 가능성이 있습니까?
그것이 바로 Princeton University의 Hecht Lab이 작업하는 영역입니다. 그리고 최근에는 자체 시퀀스를 디자인하려는 그들의 호기심이 결실을 맺었습니다.
그들은 양자점의 합성을 촉진하거나 유도 하는 최초의 알려진 de novo 단백질을 발견했습니다. 양자점은 LED 스크린에서 태양 전지판에 이르기까지 전자 응용 분야에 사용되는 형광 나노 결정입니다.
그들의 작업은 자연에서 유래하지 않은 단백질 서열이 기능성 물질을 합성하는 데 사용될 수 있음을 보여줌으로써 보다 지속 가능한 방식으로 나노 물질을 만드는 문을 열어줍니다. 이는 환경에 뚜렷한 이점이 있습니다.
양자점은 일반적으로 높은 온도와 독성이 있고 값비싼 용매를 사용하는 산업 환경에서 만들어집니다. 이는 경제적이거나 환경 친화적이지 않은 프로세스입니다. 그러나 Hecht Lab 연구원들은 물을 용매로 사용하여 실온에서 안정적인 최종 제품을 만드는 공정을 벤치에서 시작했습니다.
William S. Tod 화학 교수이자 학과장인 Greg Scholes와 함께 연구를 이끈 Michael Hecht 화학 교수는 "우리는 생명에서 발생하지 않은 생명 분자, 단백질을 만드는 데 관심이 있습니다."라고 말했습니다. "어떤 면에서 우리는 묻고 있습니다. 우리가 알고 있는 생명에 대한 대안이 있습니까? 지구상의 모든 생명체는 공통 조상에서 발생했습니다. 그러나 공통 조상에서 발생하지 않은 살아있는 것과 같은 분자를 만들면 멋진 일을 할 수 있습니까?
"그래서 여기서 우리는 생명체에 존재하지 않는 일을 하면서 생명체에서 생겨난 적이 없는 새로운 단백질을 만들고 있습니다."
팀의 프로세스는 또한 색상 양자점 발광 또는 형광을 결정하는 나노입자 크기를 조정할 수 있습니다. 이는 생체 내에서 암 세포를 염색하는 것과 같은 생물학적 시스템 내에서 분자에 태그를 지정할 수 있는 가능성을 보유합니다.
"양자점은 그 크기 때문에 매우 흥미로운 광학적 특성을 가지고 있습니다. "그들은 빛을 흡수하고 화학 에너지로 변환하는 데 매우 능숙합니다. 따라서 태양 전지판이나 모든 종류의 광 센서로 만드는 데 유용합니다.
"그러나 다른 한편으로, 그들은 특정 원하는 파장에서 빛을 방출하는 데 매우 능숙하여 LED 스크린을 만드는 데 적합합니다."
약 100개의 원자로 구성되어 있고 지름이 2나노미터에 불과한 크기 때문에 일부 생물학적 장벽을 통과할 수 있어 의약품 및 생물학적 이미징 분야에서 특히 유망합니다.
"새로운 단백질이 반도체 양자점의 합성을 촉매한다"는 연구 는 이번 주 PNAS( Proceedings of the National Academy of Sciences)에 발표되었습니다.
왜 de novo 단백질을 사용합니까?
Scholes Lab의 전 박사후 연구원이자 이 연구의 수석 저자인 Leah Spangler는 "새로운 단백질을 사용하면 디자인할 수 있는 길이 열린 다고 생각 합니다."라고 말했습니다. "저에게 키워드는 '엔지니어링'입니다. 저는 특정한 일을 하기 위해 단백질을 조작할 수 있기를 원합니다. 이것은 당신이 그것을 할 수 있는 단백질의 한 유형입니다.
"우리가 만들고 있는 양자점은 아직 품질이 좋지는 않지만 합성을 조정하여 개선할 수 있습니다."라고 그녀는 덧붙였습니다. "우리는 다양한 방식으로 양자점 형성에 영향을 미치도록 단백질을 조작함으로써 더 나은 품질을 달성할 수 있습니다."
Hecht Lab 선임 화학자이자 교신 저자인 Sarangan Chari가 수행한 작업을 기반으로 팀 은 반응을 촉매하기 위해 ConK라고 명명된 새로운 단백질을 사용 했습니다. 연구자들은 2016년에 대규모 단백질 조합 라이브러리에서 처음으로 ConK를 분리했습니다. 그것은 여전히 천연 아미노산으로 만들어졌지만 그 서열이 천연 단백질과 유사하지 않기 때문에 " de novo " 자격이 있습니다.
연구자들은 ConK 가 다른 독성 농도의 구리에서 대장균 의 생존을 가능하게 하여 금속 결합 및 격리에 유용할 수 있음을 발견했습니다. 이 연구에 사용된 양자점은 황화 카드뮴으로 만들어졌습니다. 카드뮴은 금속이기 때문에 연구원들은 ConK가 양자점을 합성하는 데 사용될 수 있는지 궁금해했습니다.
그들의 직감은 성과를 거두었습니다. ConK는 20개의 아미노산 중 하나인 시스테인을 황화수소를 포함한 여러 제품으로 분해합니다. 그것은 금속 카드뮴과 계속 반응할 활성 황 공급원으로 작용합니다. 결과는 CdS 양자점입니다.
"카드뮴 황화물 양자점을 만들기 위해서는 카드뮴 소스와 용액에서 반응하는 황 소스가 필요합니다."라고 Spangler는 말했습니다. "단백질이 하는 일은 시간이 지남에 따라 천천히 황 공급원을 만드는 것입니다. 그래서 우리는 처음에 카드뮴을 추가하지만 단백질은 황을 생성하고 반응하여 뚜렷한 크기의 양자점을 만듭니다."