Massief parallel de novo-ontwerp van biologische nanoporiën (FWOAL1092)

Eiwitten ingebed in membranen spelen een sleutelrol bij het handhaven van celintegriteit, homeostase en communicatie. Opkomende technologieën (nanoporiesequencing, synthetische cellen, …) imiteren biologische systemen en herbestemmen membraaneiwitten voor het transport en de detectie van nieuwe analyten door synthetische membranen. Deze toepassingen hebben de vraag naar (synthetische) membraaneiwitten aangewakkerd met eigenschappen en functies die in de natuur niet worden waargenomen. Structuurgebaseerd computationeel eiwitontwerp heeft een revolutie teweeggebracht in veel aspecten van de biotechnologie, maar heeft zich bijna uitsluitend gericht op het vouwen van eiwitten in water. Ons doel is om innovatieve experimentele en computationele methoden te ontwikkelen om het ontwerp van transmembraan β-barrels (TMB's) mogelijk te maken, een klasse membraaneiwitten met uitstekende eigenschappen om als nanoporie-sensoren te fungeren. Mijn lab heeft als pionier de haalbaarheid van TMB-ontwerp heeft aangetoond en een pijplijn opgezet - van berekening tot elektrofysiologie en biochemische karakterisering. Toch blijft de experimentele karakterisering van designermembraaneiwitten een uitdaging. De exacte redenen voor succes en mislukking worden vaak verhuld door het ontbreken van cellulo-expressie van eiwitten die niet in de biologische vouwroutes terechtkomen. Bovendien blijft de experimentele doorvoer veel lager dan wat kan worden bereikt voor in water oplosbare eiwitten. Hier zullen we de basis opzetten voor (i) celvrije experimentele karakterisering van designer-TMB's en (ii) een platform voor massaal parallel ontwerp van membraaneiwitten. Dit project heeft alle componenten om zich te vertalen in transformatieve vooruitgang in nanopore sensing en sequencing door de nanopore R&D-gemeenschap te voorzien van nauwkeurige en innovatieve computationele ontwerpmethodologieën.

Trefwoorden:De novo protein design of membrane proteins, Biological nanopore technologies, high throughput cell-free screening

Disciplines:(Bio)moleculaire modellering en design, Structurele biologie, Moleculaire biofysica, Proteïnen, Synthetische biologie