持続可能なバイオマテリアルの開発を数年から数分に加速する画期的な新手法(A new revolutionary method accelerates the development of sustainable biomaterials from years to minutes)

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2024-05-15 フィンランド技術研究センター(VTT)

「Advanced Materials」で発表された研究で、VTTの研究者たちは、合成生物学と機械学習を組み合わせ、新しいバイオマテリアルの開発を大幅に加速する手法を紹介しました。この方法により、従来は数年かかっていた材料開発が数分で可能となり、医療や産業への応用が期待されています。研究チームは機械学習を使って多数のタンパク質構造を分析し、最も有望な候補を特定しました。高性能なタンパク質ベースのバイオマテリアルは、化石燃料由来の材料を置き換え、医療用注射剤やスマートマテリアルなどの用途で革新的な特性を提供します。この研究は、多分野の専門家の協力により、持続可能で高機能な新材料の創造を実現しました。

<関連情報>

ハイブリッドバイオミメティック-デノボ予測分子設計によるELPベース材料の加速エンジニアリング Accelerated Engineering of ELP-Based Materials through Hybrid Biomimetic-De Novo Predictive Molecular Design

Timo Laakko, Antti Korkealaakso, Burcu Firatligil Yildirir, Piotr Batys, Ville Liljeström, Ari Hokkanen, Nonappa, Merja Penttilä, Anssi Laukkanen, Ali Miserez, Caj Södergård, Pezhman Mohammadi
Advanced Materials  Published: 06 May 2024
DOI:https://doi.org/10.1002/adma.202312299

持続可能なバイオマテリアルの開発を数年から数分に加速する画期的な新手法(A new revolutionary method accelerates the development of sustainable biomaterials from years to minutes)

Abstract

Efforts to engineer high-performance protein-based materials inspired by nature have mostly focused on altering naturally occurring sequences to confer the desired functionalities, whereas de novo design lags significantly behind and calls for unconventional innovative approaches. Here, using partially disordered elastin-like polypeptides (ELPs) as initial building blocks this work shows that de novo engineering of protein materials can be accelerated through hybrid biomimetic design, which this work achieves by integrating computational modeling, deep neural network, and recombinant DNA technology. This generalizable approach involves incorporating a series of de novo-designed sequences with α-helical conformation and genetically encoding them into biologically inspired intrinsically disordered repeating motifs. The new ELP variants maintain structural conformation and showed tunable supramolecular self-assembly out of thermal equilibrium with phase behavior in vitro. This work illustrates the effective translation of the predicted molecular designs in structural and functional materials. The proposed methodology can be applied to a broad range of partially disordered biomacromolecules and potentially pave the way toward the discovery of novel structural proteins.

0500化学一般
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