В ИТМО предложили технологию, которая повысит объем производства лекарств и продуктов, снизив затраты
Ученые Университета ИТМО предложили использовать «ежи-подобные» частицы, управляемые магнитным полем, для ускорения химических реакций в клетках. Новая технология позволит повысить проницаемость клеточных мембран с сохранением первоначальной структуры клетки. Это упрощает транспортировку веществ и увеличивает скорость биокатализа. Полученную технологию можно использовать в разных отраслях, в том числе пищевой промышленности и фармацевтике — метод позволит снизить затраты при изготовлении лекарств и пищевых продуктов, повысив при этом объем производства.
Статья опубликована в The Journal of Physical Chemistry Letters. Для превращения одного вещества в другое необходимо поместить в биологическую систему, например, такую, как клетка, вещество, запускающее целую серию химических реакций — субстрат.
В результате этих реакций получается необходимый продукт, который используется в дальнейших химических превращениях в самих клетках и разработке лекарственных препаратов и пищевых продуктов. Главная сложность воздействия на биокаталитические процессы в клетках в том, что клеточная мембрана и стенка ограничивают скорость диффузии – проникновения субстрата в клетку.
«Для преодоления барьера можно увеличить проницаемость клеточной мембраны. Для этого часто используют химические вещества. Однако они могут быть достаточно токсичными, и их действие сложно контролировать, а другие методы могут необратимо разрушить структуру клетки», – объясняет первый автор исследования, магистрант лаборатории SCAMT Университета ИТМО, Даниил Кладько.
Исследователи ИТМО на примере биохимической реакции спиртового брожения показали, что увеличить пропускную способность клеток и контролировать таким образом биокатализ можно с помощью специальных «ежи-подобных» частиц (urchin-like particles), управляемых магнитным полем. Urchin-like particles получили такое название из-за своей поверхности с неоднородностями в виде острых стержней, что делает их похожими на морских ежей. В качестве клеточной модели, над которой проводились эксперименты, были выбраны пекарские дрожжи.
Чтобы преобразовать субстрат (глюкозу) в спирт с помощью дрожжей, к ним добавляли «ежей», инкубировали в течение определенного времени, а потом отправляли в установку, которая воздействовала на образец переменным магнитным полем с заданной частотой, интенсивностью и направлением. Ученым удалось «пробить» клеточную мембрану и «доставить» внутрь клетки субстрат, вступающий в биохимический каскад реакций, при этом не вредя ее структуре и жизнеспособности. Более того, выяснилось, что магнитное поле позволяет контролировать весь процесс его «включением» и «выключением».
«Вращающееся магнитное поле заставляет дрожжи вместе с “ежами” крутиться вокруг своей оси. В результате этого происходит их взаимодействие: “еж” трансформирует энергию магнитного поля в механическое напряжение на мембрану, находясь на которой, он создает момент силы, позволяющий ей открыться. В данном случае очень важны время и частота. Нужно чтобы поле какое-то время поработало и “подергало“ мембрану, потому что это все еще достаточно плотная структура, несмотря на ее кажущуюся тонкость», — рассказывает Даниил Кладько.
Разработанную технологию можно применять в разных отраслях, например, пищевой промышленности, фармацевтике и биотехнологиях. Так, при работе с теми же дрожжами, ускорение биокатализа магнитным полем и частицами поможет уменьшить стоимость и увеличить объем производства продуктов на их основе. Аналогично и с лекарствами, которые изготавливаются на базе биосинтеза: новый метод позволит повысить масштабы их выпуска и снизить цену конечного продукта.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые обнаружили, что дубы выработали эффективную стратегию, позволяющую им защищаться от пожирающих молодую листву гусениц — если предыдущий весной деревья сильно пострадали от их нашествия, то на следующий год почки распустятся на три дня позже. Трехдневной задержки достаточно, чтобы резко снизить выживаемость гусениц.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Долгое время считалось, что гигантские стрекозообразные, жившие 300 миллионов лет назад, стали такими из‑за высокого содержания кислорода. Тогда в атмосфере его было около 30% вместо сегодняшних 21%. Учёные полагали, что крупные насекомые задохнулись бы в нашей атмосфере. Но оказалось, что это не так.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Шведские биологи отследили миграцию обыкновенного соловья с помощью миниатюрных датчиков-рюкзаков. Как оказалось, при пересечении Сахары и Аравийской пустыни птицы летят только по ночам и не ищут пищу. Соловьи преодолевают пустыню без дозаправки, полагаясь лишь на накопленный заранее жир.
На границе возможностей оптоволокна лазерный пучок самоорганизовывается в мощный, сфокусированный луч-иглу. Параметры этого излучения таковы, что позволяют в реальном времени без дополнительных ухищрений рассматривать клеточные процессы.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно