Российские учёные научились управлять ферментами с помощью света
Российские учёные научились управлять ферментами с помощью света Исследователи из Научно-технологического университета «Сириус» и Московского физико-технического института (МФТИ) создали материал, который позволяет управлять активностью ферментов с помощью инфракрасного света. Это открывает путь к «умным» биокатализаторам — материалам, которые можно дистанционно включать и выключать в нужный момент и в нужном месте. В промышленности это поможет лучше контролировать химические реакции, а в медицине — активировать лекарства там, где они нужны, снижая нагрузку на здоровые ткани. Исследование опубликовано в международном журнале Chemical Engineering Journal. Ферменты — это биологические катализаторы, которые ускоряют химические реакции. Но большинство из них работают в узком диапазоне температур и быстро теряют активность при нагреве. Дистанционно управлять ферментом обычно можно только нагревая его, а при нагреве он разрушается. Учёные решили эту проблему так: упаковали фермент вместе с золотыми наночастицами в пористую керамическую матрицу из оксида алюминия. Наночастицы эффективно поглощают инфракрасный свет и превращают его в тепло, а керамика защищает фермент от перегрева. Для испытаний использовали модельный фермент карбоангидразу: в свободном состоянии он теряет активность уже при 50 градусах Цельсия, а в составе нового материала продолжал работать даже при 80. Главный результат: под действием инфракрасного лазера активность фермента в новом материале возрастала до девяти раз по сравнению с контрольным образцом без золотых наночастиц. Чем больше в материале наночастиц и чем дольше облучение, тем выше активность. Это значит, что ферментом можно управлять дистанционно, просто включая и выключая свет. Материал оказался многоразовым: после 11 циклов нагрева и охлаждения фермент сохранял активность. Авторы предполагают, что такой подход подойдёт и для других ферментов. Поскольку оксид алюминия уже одобрен для медицинского применения государственными регуляторами фармацевтики, в перспективе такие системы можно будет использовать и в организме, в частности для активации лекарств в нужном месте с помощью света. «Описанная концепция вдохновлена природой: подобно тому, как в растениях под действием света идёт фотосинтез, в наших системах свет также может ускорять биопроцессы, хотя и используя совсем другие механизмы», — подчеркнул руководитель проекта, старший научный сотрудник Научного центра генетики и наук о жизни Научно-технологического университета «Сириус» Андрей Дроздов.