Изобретены радиоуправляемые ферменты

Ученые из Университета ИТМО (Санкт-Петербург) придумали и реализовали способ управления ферментами при помощи радиочастотных излучений. Их исследование опубликовано в журнале ACS Biomaterials Science & Engineering. 

Ферменты — сложные молекулы белка, рибосом или их составные комплексы, которые ускоряют химические реакции в организме. Обычно интенсивность этих веществ контролируют химически, но ученые из Университета ИТМО применили иной подход и показали, что управлять ферментами можно физически и дистанционно с использованием радиочастотного поля.

Они провели эксперимент на карбоангидразе — ферменте, который у человека в основном содержится в эритроцитах, клетках слизистой оболочки желудка, коре надпочечников и почках. Чтобы подчинить его, авторы синтезировали комплексы, в которых фермент заключен в жесткий пористый каркас из наночастиц магнетита. Из-за воздействия радиоволн температура наночастиц повышается, вследствие чего фермент получает дополнительную энергию. Поэтому скорость реакции можно увеличить в несколько раз. В случае карбоангидразы скорость увеличилась в четыре раза.  

Сотрудник лаборатории SCAMT Университета ИТМО Андрей Дроздов рассказал об особенностях исследования:

«Работ по управлению ферментами при помощи радиоволн очень мало. Наше исследование стало первым, в котором удалось увеличить активность нетермостабильного фермента. Обычно такие ферменты при высоких температурах меняют конформацию и перестают работать. Но, если мы помещаем фермент в жесткий каркас из наночастиц, сменить конформацию у него не получится: наночастицы механически ограничивают его подвижность».

У этого подхода два главных преимущества: во-первых, радиоизлучение легко проникает в ткани, а во-вторых, оно безвредно для организма. Таким образом, работа открывает путь для легкого управления активностью ферментов и способствует корректировке метаболизма клеток.

По словам первого автора статьи Юлии Андреевой, у проекта есть потенциал: в дальнейшем исследователи надеются опробовать метод на других ферментах и живых клетках. Они хотят узнать, можно ли таким воздействием заставить бактерии или клетки делиться чаще или, наоборот, перестать делиться совсем.

В этом году половина Нобелевской премии по химии присуждена Фрэнсис Арнольд, которая в 1993 году провела первую направленную эволюцию ферментов. С тех пор Арнольд усовершенствовала методы, которые сегодня повсеместно используются для разработки новых катализаторов.