https://doi.org/10.1038/s41467-025-57772-z
요약
- 이진 펩타이드 공응축체(BPCs) 개발: 저자들은 서로 다른 두 종류의 짧은 펩타이드(예: FFM과 MFF)를 조합하여, 고체 섬유 구조가 아닌 안정적인 액상 공응축체를 형성할 수 있는 시스템을 개발하였습니다. 이로써 생체 내 응축체의 유사 모델로 사용할 수 있는 가능성을 제시하였습니다.
- 다중 반응성 및 조절 가능성: 생성된 BPCs는 pH 변화, 온도, 유기 용매, 요소(urea), 산화 환경 등 다양한 조건에 민감하게 반응하며, 반복적인 상전이 및 구조 변화가 가능합니다. 이는 생체 환경에서의 적응적 기능 구현에 매우 유리한 특성입니다.
- 생체분자 및 촉매 물질의 선택적 농축: BPCs는 단백질, 염색체, 촉매 등 다양한 생체 관련 물질들을 효율적으로 농축하고 보관할 수 있어 마이크로반응기 또는 인공 소기관으로 활용될 수 있습니다.
- 촉매 반응 촉진 및 제어 기능: 이진 펩타이드 응축체는 루테늄과 구리 촉매를 안정적으로 포함할 수 있으며, 이를 통해 물속에서도 높은 반응 효율을 가진 생체 외 반응(microreactor catalysis)을 성공적으로 수행하였습니다.
- 복합 구조 인공세포와 논리 게이트 설계: 복합 응축체 내부에 BPC를 하위 구조로 도입함으로써, OR 및 AND 논리 게이트 반응을 구현한 다중구획 인공세포(MACs)를 설계하였습니다. 이는 복잡한 생명현상 모사 및 생체 내 반응 제어에 응용될 수 있는 중요한 시도입니다.
Abstract
Biomolecular condensates formed by proteins and nucleic acids are critical for cellular processes. Macromolecule-based coacervate droplets formed by liquid-liquid phase separation serve as synthetic analogues, but are limited by complex compositions and high molecular weights. Recently, short peptides have emerged as an alternative component of coacervates, but tend to form metastable microdroplets that evolve into rigid nanostructures. Here we present programmable coacervates using binary mixtures of diphenylalanine-based short peptides. We show that the presence of different short peptides stabilizes the coacervate phase and prevents the formation of rigid structures, allowing peptide coacervates to be used as stable adaptive compartments. This approach allows fine control of droplet formation and dynamic morphological changes in response to physiological triggers. As compartments, short peptide coacervates sequester hydrophobic molecules and enhance bio-orthogonal catalysis. In addition, the incorporation of coacervates into model synthetic cells enables the design of Boolean logic gates. Our findings highlight the potential of short peptide coacervates for creating adaptive biomimetic systems and provide insight into the principles of phase separation in biomolecular condensates.