Links een voorspelling, rechts het echte eiwit.

Amerikaanse onderzoekers beweren dat ze eiwitketens kunnen ontwerpen met een voorspelbaar 3D-vouwgedrag. Het is ze al vijf keer gelukt, melden ze deze week in Nature.

Tot nu toe leek zoiets een onmogelijke opgave. Eiwitketens vouwen zich eerst op tot een aantal secundaire structuren, zoals alfahelices en bètastrengen, die dan weer met z’n allen één tertiaire structuur vormen. In theorie kan dat op een groot aantal verschillende manieren. Natuurlijke eiwitten weten (vrijwel) altijd feilloos de weg te vinden naar de variant met de laagste energie-inhoud. Maar zelfs de beste computers doen dat de natuur niet na: die energie-inhoud is immers de optelsom van een enorm aantal interacties tussen de verschillende aminozuurbouwstenen van het eiwit, die allemaal een beetje mogen wringen. In de praktijk kun je weinig anders doen dan botweg alle mogelijkheden uitproberen en kijken welke variant uiteindelijk, alles bij elkaar, het minste wringt - en dat kost enorm veel tijd.

Het echtpaar Nobuyasa Koga en Rie Tatsumi-Koga, werkzaam aan de University of Washington in Seattle, heeft nu nog eens goed naar bestaande eiwitten gekeken en geprobeerd daar een aantal vuistregels uit af te leiden.

Die regels zijn een kwestie van zowel positive als negative design. Positief: hoe moet een eiwitsequentie ongeveer zijn om voorspelbare helices of strengen op te leveren die ook weer op een voorspelbare manier aan elkaar klitten? En negatief: hoe zorg je dat alle ongewenste vouwvarianten dermate instabiel zijn dat ze vanzelf uit elkaar vallen voordat je er veel (computer)tijd aan kunt verspillen?

Voor relatief simpele eiwitten met een handvol alfahelices en bètastrengen, met korte lusjes er tussen, lijkt dat nu aardig te zijn gelukt. De onderzoekers distribueerden een aantal zelfbedachte sequenties onder deelnemers aan Rosetta@Home, een project dat eiwitvouwingen laat uitproberen door grote aantallen particulieren. Die sequenties waren ontworpen om 5 verschillende vouwpatronen op te leveren. Een aantal bleek inderdaad in zo’n gewenst patroon te kunnen vouwen.

De beste eiwitten werden vervolgens in het lab gesynthetiseerd, waarna een collega van Rutgers University (New Jersey) de 3D-structuren bepaalde. Die bleken inderdaad in grote lijnen overeen te komen met de voorspellingen. Met de aantekening dat ze die voorspellingen in New Jersey niet van tevoren te zien hadden gekregen.

Onduidelijk is nog of zulke synthetische eiwitten, die puur op structurele stabiliteit zijn ontworpen, ook een nuttige functie kunnen vervullen. Ongetwijfeld is er een evolutionaire reden voor het feit dat natuurlijke eiwtten niet aan simpele vuistregels voldoen. Maar wie weet.

bron: Nature

Onderwerpen