Protein yapılarının mekanik ve çevresel strese karşı dayanıklılığı, büyük ölçüde β-tabakaları (beta yaprakları) içindeki hidrojen bağı ağlarına dayanmaktadır. Doğada bu özelliği sergileyen proteinlere örnek olarak titin immünoglobulin (Ig) domainleri, ipek fibroini ve bakteriyel adezyon kompleksleri verilebilir. Bu yapılarda uygulanan kuvvet, β-zincirlerine makaslama (shearing) geometrisinde iletilmekte; bu sayede hidrojen bağları eş zamanlı olarak kopması ardışık kopmaya kıyasla çok daha yüksek mekanik direnç sağlanmaktadır. Bununla birlikte, bu mekanik ilkenin sentetik protein tasarımına sistematik ve öngörülebilir biçimde aktarılması, hesaplamalı protein tasarımının temel metodolojik güçlüklerinden biri olmaya devam etmektedir.
Zheng ve arkadaşları, makaslama geometrisindeki β-tabakalarında hidrojen bağlarının sayısını sistematik olarak artırarak mekanik ve termal kararlılığı yüksek, sıfırdan tasarlanmış proteinler elde etmeyi hedeflemiştir. Bu doğrultuda, titin I27 domaini temel alınarak kuvvet taşıyan β-zincirlerinin aşamalı olarak uzatılması planlanmış; böylece mevcut protein mühendisliği yaklaşımlarının ulaşamadığı olağanüstü mekanik ve termal kararlılık düzeylerine erişilip erişilemeyeceği araştırılmıştır.
Çalışmada yapay zekâ destekli protein tasarım araçları ile tüm atom moleküler dinamik simülasyonlarını birleştiren çok aşamalı hesaplamalı bir iş akışı kullanılmıştır Protein omurga yapılarının üretimi için RFdiffusion, amino asit dizisi tasarımı için ProteinMPNN (grafik sinir ağı) ve yapı doğrulama için AlphaFold2 ile ESMFold modelleri uygulanmıştır. Mekanik özelliklerin öngörülmesinde yönlendirilmiş moleküler dinamik (SMD) simülasyonlarından, termal kararlılığın değerlendirilmesinde ise tavlama MD simülasyonlarından yararlanılmıştır. Deneysel doğrulama aşamasında, atomik kuvvet mikroskobu tabanlı tek-molekül kuvvet spektroskopisi (AFM-SMFS), dairesel dikroizm (CD) spektroskopisi ve çözelti NMR spektroskopisi yapı analizi kullanılmıştır.
Tasarlanan SuperMyo protein serisi, kuvvet taşıyan β-zincirlerindeki omurga hidrojen bağı sayısının 4’ten 33’e çıkarılmasıyla elde edilmiştir. Deneysel ölçümler, protein mekanik açılma direncinin hidrojen bağı sayısı arttıkça düzenli biçimde arttığını ortaya koymaktadır; bu durum,De Gennes ‘in DNA makaslama modelinin öngördüğü davranıştan saparak klasik polimer teorilerinin öngörülerinden sapma göstermektedir. F553 proteini, doğal titin I27 domainine kıyasla yaklaşık dört kat daha yüksek açılma kuvveti sergilemiş ve yüksek sıcaklıklara maruz bırakıldıktan sonra dahi katlanmış yapısını korumuştur. Moleküler düzeydeki bu kararlılık, makroskopik ölçeğe de yansımış; SuperMyo proteinlerinden oluşturulan hidrojellerin otoklavlama dayanabildiği gösterilmiştir. Bu yaklaşım, yalnızca yüksek dayanıklılığa sahip proteinlerin tasarlanmasına değil, aynı zamanda biyomalzeme mühendisliği, ilaç taşıyıcı sistemler ve aşırı çevre koşullarında çalışabilecek sentetik biyolojik yapıların geliştirilmesine yönelik genel bir tasarım stratejisi sunmaktadır.
Yazar : Merve Bulut
Editör: Asmin Petekbaşı
Referans: Zheng, B., Lu, Z., Wang, S., Liu, L., Ao, M., Zhou, Y., Tang, G., Wang, R., Liu, Y., Zhang, H., Meng, Y., Qiu, J., Feng, T., Wang, Z., Liu, R., Xiao, Y., Liu, Y., Wang, Z., Huang, Y., Jiang, Y. ve Zheng, P. (2026). Maksimum hidrojen bağı yoluyla süper kararlı proteinlerin hesaplamalı tasarımı Doğa Kimyası , 18 , 364–373. https://doi.org/10.1038/s41557-025-01998-3
-Bioinforange Bilimsel Haber Servisi-
Haber Yazıları, 20> Etki Faktörlü Q1 dergilerinde yayınlanan (listesi için tıklayınız)
bilimsel araştırmaların ekip arkadaşlarımız tarafından incelenip derlenmesi ile hazırlanmaktadır.
