Ученые создали радиоуправляемые ферменты

Исследователи из Университета ИТМО разработали метод увеличения активности ферментов при помощи радиочастотного излучения. Для этого они синтезировали комплекс из ферментов и магнитных наночастиц, которые нагреваются под воздействием радиоизлучения и одновременно делают фермент внутри устойчивее к высокой температуре. В результате скорость реакции ускоряется более чем в 4 раза. Такой метод потенциально можно использовать для создания радиоуправляемых биохимических систем и управления метаболизмом в живых организмах. Результаты опубликованы в ACS Biomaterials Science & Engineering.

Ферменты участвуют во множестве реакций в живых организмах, а эффективность их работы зависит от множества условий. Как правило, активность ферментов контролируют химически, однако исследователям из Университета ИТМО удалось показать, что это можно делать дистанционно, используя физические методы, а именно радиочастотное поле.

Чтобы сделать ферменты радиоуправляемыми, ученые синтезируют специальные комплексы, где фермент заключен в жесткий пористый каркас из наночастиц магнетита. Под воздействием радиоволн наночастицы нагреваются и сообщают дополнительную энергию ферменту. За счет этого реакцию можно ускорить в несколько раз. Эксперимент, проведенный на модельном ферменте, карбоангидразе, показал, что скорость реакции увеличивается более чем в 4 раза.

“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”, – комментирует Андрей Дроздов, сотрудник лаборатории SCAMT Университета ИТМО, вуза-лидера Проекта 5-100.

Среди преимуществ радиоизлучения, использованного в работе, есть два ключевых параметра. С одной стороны, оно легко проникает в ткани, а с другой – безвредно для организма. Таким образом, при помощи радиочастотного поля можно управлять активностью ферментов в организме и корректировать метаболизм клеток. В ближайших планах ученых опробовать метод на других ферментах и попробовать с его помощью влиять на жизнедеятельность бактерий или клеток.

“Эта тема имеет очень большой потенциал, поэтому дальнейшие работы будут нацелены на использование методики с другими ферментами, а также в живых клетках. Например, предстоит выяснить, можно ли, подобрав подходящую биохимическую реакцию, заставить бактерии или клетки делиться чаще либо наоборот перестать делиться совсем при помощи этого метода”, – отметила первый автор статьи Юлия Алексеева.

Cсылка:

Enzymatic Nanocomposites with Radio Frequency Field-Modulated Activity Y. Andreeva, A. Drozdov, ACS Biomater. Sci. Eng. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsbiomaterials.8b00838