เปลี่ยนห้องธรรมดาให้เป็นห้องทำงาน

แต่จะเกิดอะไรขึ้นกับลำดับที่ไม่ได้ถูกเลือกโดยธรรมชาติ? และเป็นไปได้อย่างไรในการสร้างลำดับใหม่ทั้งหมดเพื่อสร้างนวนิยายหรือเดอโนโวโปรตีนที่มีความคล้ายคลึงกับสิ่งใดในธรรมชาติเพียงเล็กน้อย นั่นคือภูมิประเทศที่ Hecht Lab ของมหาวิทยาลัยพรินซ์ตันทำงานอยู่ และเมื่อเร็วๆ นี้ ความอยากรู้อยากเห็นในการออกแบบฉากของพวกเขาก็ได้รับผลตอบแทน พวกเขาค้นพบโปรตีน เดอโนโวที่รู้จักกันเป็นครั้งแรกซึ่งกระตุ้นหรือขับเคลื่อนการสังเคราะห์ควอนตัมดอท จุดควอนตัมคือผลึกนาโนเรืองแสงที่ใช้ในงานอิเล็กทรอนิกส์ตั้งแต่หน้าจอ LED ไปจนถึงแผงเซลล์แสงอาทิตย์ งานของพวกเขาเปิดประตูสู่การผลิตวัสดุนาโนด้วยวิธีที่ยั่งยืนมากขึ้น โดยแสดงให้เห็นว่าลำดับโปรตีนที่ไม่ได้มาจากธรรมชาติสามารถนำมาใช้ในการสังเคราะห์วัสดุที่มีประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อมได้ ควอนตัมดอทมักจะถูกผลิตขึ้นในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมที่มีอุณหภูมิสูงและตัวทำละลายที่เป็นพิษและมีราคาแพง ซึ่งเป็นกระบวนการที่ไม่ประหยัดและไม่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม แต่นักวิจัยของ Hecht Lab เลิกใช้กระบวนการที่ม้านั่งโดยใช้น้ำเป็นตัวทำละลาย ทำให้ได้ผลิตภัณฑ์สุดท้ายที่เสถียรที่อุณหภูมิ ห้อง "เราสนใจที่จะสร้างโมเลกุลชีวิต โปรตีนที่ไม่ได้เกิดขึ้นในชีวิต" ศาสตราจารย์วิชาเคมี Michael Hecht ซึ่งเป็นผู้นำการวิจัยร่วมกับ Greg Scholes ศาสตราจารย์ด้านเคมีของ William S. Tod และประธานภาควิชากล่าว "ในบางแง่มุม เรากำลังตั้งคำถามว่า มีทางเลือกอื่นสำหรับชีวิตอย่างที่เรารู้หรือไม่ ทุกชีวิตบนโลกเกิดขึ้นจากบรรพบุรุษเดียวกัน แต่ถ้าเราสร้างโมเลกุลที่เหมือนจริงซึ่งไม่ได้เกิดขึ้นจากบรรพบุรุษร่วมกัน พวกมันจะทำสิ่งดีๆ ได้หรือไม่? "ที่นี่เรากำลังสร้างโปรตีนใหม่ที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อนในชีวิตโดยทำสิ่งที่ไม่มีอยู่ในชีวิต" กระบวนการของทีมยังสามารถปรับขนาดอนุภาคนาโนซึ่งกำหนดจุดควอนตัมสีเรืองแสงหรือเรืองแสงได้ ซึ่งมีความเป็นไปได้ในการติดแท็กโมเลกุลภายในระบบชีวภาพ เช่น การย้อมสีเซลล์มะเร็งในร่างกาย "จุดควอนตัมมีคุณสมบัติทางแสงที่น่าสนใจมากเนื่องจากขนาดของมัน" Yueyu Yao ผู้ร่วมเขียนรายงานและนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาปีที่ 5 จาก Hecht Lab กล่าว "พวกมันดูดซับแสงได้ดีมากและแปลงเป็นพลังงานเคมี ซึ่งทำให้พวกมันมีประโยชน์สำหรับการนำไปสร้างเป็นแผงโซลาร์เซลล์หรือโฟโต้เซนเซอร์ประเภทต่างๆ "แต่ในทางกลับกัน พวกมันยังเก่งมากในการเปล่งแสงที่ความยาวคลื่นที่ต้องการ ซึ่งทำให้เหมาะสำหรับการทำจอ LED" และเนื่องจากพวกมันมีขนาดเล็ก -- ประกอบด้วยอะตอมเพียงประมาณ 100 อะตอมและอาจมีขนาดกว้างถึง 2 นาโนเมตร -- พวกมันจึงสามารถทะลุทะลวงกำแพงกั้นทางชีวภาพได้ ทำให้การใช้ประโยชน์ในยาและการสร้างภาพทางชีวภาพมีแนวโน้มที่ดีเป็นพิเศษ งานวิจัย " โปรตีน เดอโนโวกระตุ้นการสังเคราะห์จุดควอนตัมของเซมิคอนดักเตอร์" ได้รับการเผยแพร่ในสัปดาห์นี้ในรายงานการประชุมของ National Academy of Sciences (PNAS) ทำไมต้องใช้โปรตีนเดอโนโว? Leah Spangler ผู้เขียนนำการวิจัยและอดีต postdoc ใน Scholes Lab กล่าวว่า "ฉันคิดว่าการใช้ โปรตีน de novoเปิดทางให้ออกแบบได้" "คำสำคัญสำหรับฉันคือ 'วิศวกรรม' ฉันต้องการที่จะออกแบบโปรตีนเพื่อทำสิ่งที่เฉพาะเจาะจง และนี่คือโปรตีนประเภทหนึ่งที่คุณสามารถทำได้ด้วย "จุดควอนตัมดอตที่เรากำลังสร้างยังไม่มีคุณภาพที่ดีนัก แต่สามารถปรับปรุงได้โดยการปรับการสังเคราะห์" เธอกล่าวเสริม "เราสามารถบรรลุคุณภาพที่ดีขึ้นโดยวิศวกรรมโปรตีนเพื่อมีอิทธิพลต่อการสร้างควอนตัมดอทในรูปแบบต่างๆ" จากผลงานของ Sarangan Chari นักเคมีอาวุโสของ Hecht Lab และผู้เขียนที่เกี่ยวข้อง ทีมงานใช้ โปรตีน de novoที่ออกแบบชื่อ ConK เพื่อเร่งปฏิกิริยา นักวิจัยแยก ConK ได้เป็นครั้งแรกในปี 2559 จากคลังโปรตีนเชิงผสมขนาดใหญ่ มันยังคงทำจากกรดอะมิโนตามธรรมชาติ แต่มีคุณสมบัติเป็น " เดอโนโว " เนื่องจากลำดับของมันไม่มีความคล้ายคลึงกันกับโปรตีนธรรมชาติ นักวิจัยพบว่า ConK ช่วยให้สามารถอยู่รอดของE. coliในความเข้มข้นของทองแดงที่เป็นพิษ ซึ่งบ่งชี้ว่าอาจมีประโยชน์สำหรับการจับโลหะและการกักเก็บ จุดควอนตัมที่ใช้ในการวิจัยนี้ทำจากแคดเมียมซัลไฟด์ แคดเมียมเป็นโลหะ นักวิจัยจึงสงสัยว่า ConK สามารถใช้สังเคราะห์ควอนตัมดอตได้หรือไม่ ลางสังหรณ์ของพวกเขาได้ผล ConK แบ่งซิสเทอีนซึ่งเป็นหนึ่งในกรดอะมิโน 20 ชนิดออกเป็นผลิตภัณฑ์ต่างๆ รวมถึงไฮโดรเจนซัลไฟด์ ที่ทำหน้าที่เป็นแหล่งกำมะถันที่ใช้งานอยู่ซึ่งจะทำปฏิกิริยากับโลหะแคดเมียมต่อไป ผลลัพธ์คือจุดควอนตัม CdS "ในการสร้างแคดเมียมซัลไฟด์ควอนตัมดอท คุณต้องใช้แหล่งแคดเมียมและแหล่งกำมะถันเพื่อทำปฏิกิริยาในสารละลาย" Spangler กล่าว "สิ่งที่โปรตีนทำคือทำให้แหล่งที่มาของกำมะถันช้าลงเมื่อเวลาผ่านไป ดังนั้นเราจึงเพิ่มแคดเมียมในขั้นต้น แต่โปรตีนจะสร้างกำมะถัน ซึ่งจะทำปฏิกิริยาเพื่อสร้างจุดควอนตัมที่มีขนาดแตกต่างกัน"