Ученые Южного федерального университета разработали подход, позволяющий описать процессы самосборки вирусных оболочек и подобных им полых белковых комплексов. Этот принцип будет полезен при создании наноконтейнеров для лекарств и катализаторов. Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Physical Review B.
Вирусные частицы состоят из нуклеиновой кислоты — ДНК или РНК — и белковой оболочки, или капсида, выполняющего защитную функцию. Благодаря особенностям укладки капсиды считаются одной из наиболее совершенных систем доставки. Поэтому в медицине их после определенных модификаций используют для доставки лекарств и разнообразных биологически активных веществ. При этом описать механизмы сборки вирусных частиц, которые важны при создании таких наноконтейнеров, помогают математические модели.
Исследователи из Южного федерального университета (Ростов-на-Дону) предложили модель, которая описывает процесс самосборки полых белковых наночастиц, напоминающих по форме вирусы. Подход, описанный авторами, основан на двух основных идеях. Первая заключается в том, что энергия такой наночастицы является функцией плотности вещества и остается постоянной, если симметрия частицы изменяется. Вторая же описывает переход от начального состояния, когда составляющие наночастицу молекулы пока не выстроились определенным образом друг относительно друга, к полноценной структуре. Оказывается, этот процесс преимущественно зависит лишь от одного параметра, называемого параметром порядка, который и определяет симметрию и структуру системы.
Согласно новой модели самосборки белковых наночастиц, расположение атомов или молекул, из которых они состоят, определяется функциями плотности с кубической или икосаэдрической симметрией (последняя наиболее часто встречается среди вирусов). При этом такие функции можно рассчитать с помощью методов теории симметрии. Зная их, можно точно определить наиболее энергетически выгодные состояния системы. Рассчитанные таким образом оболочки, по внешнему виду похожие на футбольный мяч, предсказывают, каким образом исходные белковые молекулы собраются в полую наночастицу.
«Белковые сферические наноструктуры имеют большой ряд перспективных применений в области медицины. В частности, подобные частицы могут использоваться в качестве наноконтейнеров для направленного транспорта лекарственных веществ. Абиотические металлические наночастицы, например с комплексами серебра и золота, уже широко применяются в качестве катализаторов, и недавно нашли свое применение в плазмонике и оптоэлектронике», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Сергей Рошаль, доктор физико-математических наук, профессор кафедры «Нанотехнология» ЮФУ.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
