3D Printing Molecules Kunnen Nieuwe Inzichten Onthullen

{h1}

3d-printen helpt de structuur van complexe moleculen te visualiseren door te onthullen hoe eiwitten vouwen en hoe moleculen door kleine tunnels gaan.

Met alles van violen tot geweren die op 3D-printers worden gemaakt, lijkt het erop dat de apparaten het begrip DIY op een heel ander niveau hebben gebracht.

Met 3D-printen kunnen wetenschappers nu inzicht krijgen in enkele van de kleinste bestanddelen van het universum: biologische moleculen.

Hoewel onderzoekers al jaren computermodellen gebruiken om het origami-achtige proces van het vouwen van eiwitten te visualiseren, "is de ervaring op zich heel anders wanneer je ergens naar kijkt op een flatscreen en een voorwerp vasthoudt en een object in je handen manipuleert", zei Arthur Olson, een moleculair bioloog aan het Molecular Graphics Laboratory bij het Scripps Research Institute in La Jolla, Californië. [10 raarste dingen gemaakt met 3D-printen]

Dit zou op een dag onderzoekers kunnen helpen bij het ontwerpen van nieuwe medicijnen die nauwkeuriger richten op vlekken op virusmoleculen of zelfs kunstmatige eiwitsensoren produceren.

3d printen

3D-printen is ongelooflijk nuttig geworden op verschillende gebieden van de medische wetenschap: 3D-geprinte harten, levers en schedels zijn al in gebruik om artsen te helpen bij het plannen van operaties en kunnen zelfs levens redden. De technologie is ook gebruikt om synthetische oren, bloedvaten en vellen hartspier die echt kloppen te bedrukken.

Maar de druktechniek helpt ook wetenschappers in de basiswetenschappen.

Olson gebruikt de 3D-geprinte modellen om te begrijpen hoe HIV, het virus dat aids veroorzaakt, functioneert. Hij deelt zijn modellen met andere onderzoekers via de 3D Print Exchange van de National Institutes of Health, een programma waarmee wetenschappers instructies kunnen delen voor het afdrukken van moleculen, organen en andere objecten.

Eiwitten bevatten vaak duizenden atomen. Dat kan het moeilijk maken om te zien hoe eiwitten vouwen, of hoe de talloze krachten tussen individuele moleculen op elkaar inwerken, zei Olson.

Met 2D-computervisualisaties zijn er beperkingen waardoor ze moeilijk te interpreteren zijn. Wanneer onderzoekers bijvoorbeeld proberen moleculen in computersimulaties rond te bewegen, gaan ze vaak dwars door elkaar heen, wat niet zou gebeuren in de fysieke wereld, zei Olson.

Met een 3D-model kunnen twee vaste moleculen niet door elkaar heen gaan, zei hij.

De afdrukmethode onthult ook nieuwe inzichten wanneer twee moleculen een interactie aangaan. Veel eiwitten hebben bijvoorbeeld lange, bochtige tunnels erin, waardoor moleculen passeren. Het bepalen van de lengte en de breedte van een tunnel kan erg lastig zijn op het computerscherm, omdat er geen manier is om vanuit elke weergave helemaal door te kijken. Maar het meten van de lengte is buitengewoon eenvoudig in 3D-geprinte modellen, zei Olson.

"Alles wat je hoeft te doen is touwtje pakken, het door de tunnel duwen, de uiteinden markeren, het uitrekken, en je weet hoe lang de tunnel is", vertelde Olson aan WordsSideKick.com.

Toekomstige molecules

3D-printen kan ook worden gebruikt om volledig kunstmatige moleculen te ontwerpen. Eiwitten zijn erg goed in het detecteren van moleculen, zoals kleine concentraties van een gif of explosieven in een metro, maar eiwitten doen het niet goed in warme, koude, droge of andere extreme omstandigheden, zei Ron Zuckerman, een nanobiowetenschapper bij de Molecular Foundry bij Berkeley Lab in Californië.

Dus Hartsuiker ontwikkelt synthetische moleculen die 'peptoïden' worden genoemd. Deze moleculen zouden de gevoeligheid van eiwitten hebben, maar zouden kunnen worden gemaakt van sterkere en meer robuuste synthetische aminozuren.

Zijn team begon 3D-printing te gebruiken omdat het onderzoekers een meer intuïtieve manier biedt om te begrijpen hoe flexibel eiwitten zijn, waardoor het gemakkelijker is om te begrijpen hoe ze vouwen. De aantrekkelijke en afstotende krachten tussen moleculen kunnen worden gemodelleerd met kleine magneten op de modellen, en materialen met verschillende flexibiliteit kunnen de buiging van verschillende eiwitstructuren nabootsen.

Zuckerman gebruikt momenteel gedrukte modellen van echte eiwitten die hij 'peppytides' noemt voor educatieve doeleinden, en laat zien hoe structuren die veel eiwitten gemeenschappelijk hebben, zoals de telefoonkoordachtige structuur met de naam alpha-helix, naar voren komen.

Wanneer studenten beginnen met een 3D-model, "kan ik je dit slappe ding geven zoals een halsketting die alleen maar wriemelt - overal omheen en je kunt het eigenlijk vouwen", vertelde Zuckerman aan WordsSideKick.com. "Plots beginnen de spiraalvormige vouwen stabiel te worden omdat alle magneten op één lijn liggen."

Volg Tia Ghose op tjilpen en Google+. Volg WordsSideKick.com @wordssidekick, Facebook & Google+. Oorspronkelijk gepubliceerd op WordsSideKick.com.


Video Supplement: 182nd Knowledge Seekers Workshop, Thursday, July 27, 2017.




Onderzoek


Medical Marijuana: Benefits, Risks & State Laws
Medical Marijuana: Benefits, Risks & State Laws

Wat Is Acupunctuur?
Wat Is Acupunctuur?

Science Nieuws


Wie Was De Eerste Persoon Om Te Vliegen?
Wie Was De Eerste Persoon Om Te Vliegen?

Was Jezus Een Echt Persoon?
Was Jezus Een Echt Persoon?

George Davis Snell
George Davis Snell

Kolossale (En Groeiende) Barst In Antarctische Ijsschots Te Zien In Nieuwe Video
Kolossale (En Groeiende) Barst In Antarctische Ijsschots Te Zien In Nieuwe Video

Waarom Is De Nobelprijs Voor De Vrede Ironisch?
Waarom Is De Nobelprijs Voor De Vrede Ironisch?


WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com