Российские ученые из Южного федерального университета предложили математическую модель, которая описывает процесс формирования небольших белковых оболочек, состоящих из 72 элементов или менее. Как пояснили в пресс-службе Российского научного фонда, такие структуры встречаются в природе как вирусные капсиды — защитные оболочки, хранящие генетический материал (ДНК или РНК). Чаще всего капсид имеет форму сферы и собирается из множества одинаковых белковых элементов, уложенных максимально плотно.
Сложность моделирования заключается в том, что элементы необходимо располагать не на плоскости, а в объеме сферы. Авторы разработали подход, при котором оболочка рассматривается как упаковка одинаковых притягивающихся частиц на сферической поверхности. Согласно модели, на каждом этапе сборки новая частица занимает энергетически выгодную позицию — место наиболее плотной и устойчивой фиксации. Система после этого релаксирует, избавляясь от избыточных напряжений. Процесс продолжается, пока на сфере не остается свободных позиций. Такой рост напоминает сборку мозаики, где каждый шаг добавляет одну плитку.
Исследование показало, что, управляя лишь отношением размера сферы к размеру частиц, можно получать оболочки с разным устройством. Ученые смоделировали 43 варианта упаковок из 12–72 частиц. Многие из них повторили структуру природных или искусственно синтезированных ранее белковых оболочек, что подтверждает корректность модели.
Как пояснил руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, профессор ЮФУ Сергей Рошаль, контроль двух параметров — размера структурных единиц и размера сферической подложки — позволяет получать высокосимметричные оболочки. Например, оболочка из 32 единиц образует треугольную решетку, а уменьшение размера частиц для размещения 48 единиц приводит к узору из треугольников и квадратов. Причина — в сферической геометрии системы. В дальнейшем ученые планируют исследовать сборку частиц с более сложными взаимодействиями для расширения спектра получаемых оболочек.
Ранее ученые Университета Миссисипи предложили метод адресной доставки лекарств против рака.
