Источник: Никита Чернов | Официальный сайт Наука РФ
Исследователи из России создали материал, который с помощью инфракрасного лазера позволяет управлять работой фермента. Его поместили в пористую керамическую капсулу вместе с золотыми наночастицами. В таком виде молекула перестала разрушаться при нагреве, а под действием лазерного излучения ускоряла химическую реакцию в девять раз. Об этом сообщили в пресс-службе Российского научного фонда.
В перспективе подход поможет разрабатывать биоподобные катализаторы и развивать «зелёные» технологии, включая системы улавливания углекислого газа. Ферменты — природные ускорители реакций, которые применяются при производстве лекарств, продуктов питания и моющих средств. Однако при нагреве выше 50 °C большинство из них теряет активность и разрушается, поэтому управлять реакцией с помощью тепла на практике не удавалось. Учёные Научно-технологического университета «Сириус» и Московского физико-технического института предложили воздействовать на фермент не теплом напрямую, а светом. Это открывает путь к «умным» биокатализаторам, которые включаются по команде, а в дальнейшем — к медицинским технологиям, где реакции можно запускать внутри организма, например для противоопухолевой терапии.
Исследователи собрали систему из трёх компонентов: фермента карбоангидразы, золотых наночастиц в форме полых сфер и оксида алюминия. Карбоангидразу выбрали потому, что она участвует в клеточном «дыхании», ускоряя превращение углекислого газа в растворённую форму, и её активность удобно измерять. Фермент и наночастицы закрепили внутри пористой керамической матрицы из оксида алюминия. При облучении инфракрасным лазером золотые частицы поглощают свет и превращают его в тепло, а керамика защищает фермент от потери структуры.
Эксперименты показали, что свободный фермент при 70 °C постепенно терял форму и слипался в комки, а фермент внутри матрицы почти не менялся. Температура необратимой потери свойств у свободного белка составила 67 °C, у белка в матрице с золотом — 96 °C. Для сравнения: большинство ферментов разрушается уже при 50–60 °C, поэтому защитный материал заметно расширяет рабочий диапазон температур. При содержании золота всего 0,5% от массы материала активность фермента под лазером выросла в девять раз по сравнению с чистым образцом. Материал выдержал 11 циклов нагрева и охлаждения без потери активности, то есть его можно использовать многократно.
Руководитель проекта Андрей Дроздов, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Научного центра генетики и наук о жизни Научно-технологического университета «Сириус», отметил, что в работе использованы биосовместимые материалы — оксид алюминия и золото, применяемые в медицинской практике. По его словам, концепция имеет большой потенциал в медицине, биотехнологиях и «зелёном переходе». В дальнейшем учёные планируют продолжать исследования и развивать технологию в промышленном направлении для улавливания углекислого газа.
По словам учёных, золотые наночастицы интересны и сами по себе: они поглощают свет с длиной волны, которая хорошо проходит через ткани организма. В перспективе это позволит применять их для фототерапии опухолей. Сначала частицы нужно модифицировать так, чтобы они накапливались в нужном месте, а затем нагревать лазером. При этом важно строго контролировать нагрев, чтобы не вызвать ожоги и омертвение тканей, а также решить вопросы доставки и поведения материала в организме.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Chemical Engineering Journal.
Подписывайтесь на наш Telegram-канал — там еще больше важных новостей!
