طراحی پمپ پروتون مصنوعی برای ساخت سلول سنتزی

زیست‌شناسی سنتزی یکی از حوزه‌های نوظهور است که در حال ایجاد تغییرات بنیادی در مهندسی است. محققان بخش مهندسی سیستم‌های مولکولی در دانشگاه برن موفق به طراحی و ساخت پمپ پروتونی قابل سوئیچ شدن، شدند. این پروتورودوپسین یک ابزار ضروری برای تامین انرژی سلول‌های سنتز شده است.
هدف نهایی این است که بتوان یک کارخانه مولکولی و سلول سنتزی طراحی کرد که دارای قابلیت‌های نوینی برای بخش سلامت، صنایع و تحقیقات زیستی باشد. چنین سامانه مصنوعی که ابعاد نانومتری دارد می‌تواند با واحدهای سازنده مصنوعی و مهندسی شده نظیر پروتئین‌های مصنوعی ساخته شود. سامانه‌های مولکولی دارای کاربرد وسیعی هستند از آنها می‌توان برای سنتز ترکیبات شیمیایی، تامین انرژی، درمان و تشخیص بیماری استفاده کرد.

در این پروژه، محققان سوئیسی از رشته‌های مختلف اقدام به شبیه‌سازی فرآیند ساخت چنین ساختاری شدند. این واحدهای سازنده تامین کننده انرژی برای تامین نیروی سامانه‌های مولکولی ضروری هستند. این پمپ پروتونی که با نور کار می‌کند یک نانوماشین عالی برای تبدیل انرژی محسوب می‌شود. انرژی نور دریافت شده از نور خورشید یا منابع دیگر از غشاءهای این ساختار عبور کرده و ایجاد گرادیان پروتون می‌کند. این گرادیان می‌تواند برای حرکت واحدهای سازنده سیستم‌های مولکولی مصرف شود برای مثال امکان انتقال مواد فراهم می‌شود. سلول‌های زنده معمولا از گرادیان پروتئن برای تامین انرژی به منظور وارد کردن و خارج کردن مواد استفاده می‌کنند.
با استفاده از روش‌های مرسوم آرایش پروتورودوپسین و پروتئین‌های غشائی برای تولید ساختارهای زیستی نظیر پلیمروزوم استفاده می‌شود.
این گروه تحقیقاتی یک سوئیچ درون پروتورودوپسین قرار دادند تا به صورت انتخابی عبور را در یکی از دو جهت وارد یا خارج شدن، محدود کند.
این نسخه مهندسی شده، اولین پمپ پروتون مصنوعی است که می‌تواند نیازهای محققان را تامین کند. نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای با عنوان "Engineering a Chemical Switch into the Light-driven Proton Pump Proteorhodopsin by Cysteine Mutagenesis and Thiol Modification" در نشریه Angewandte Chemie International Edition منتشر شده است.