Rosyjscy naukowcy proponują zdalnie sterowane enzymy. Badacze z ITMO University w Sankt Petersburgu opisują na łamach czasopisma „ACS Biomaterials Science & Engineering” proces tworzenia kompleksów enzymów z magnetycznymi nanocząsteczkami, których aktywność można przyspieszać z pomocą fal radiowych. Nanocząsteczki pod wpływem fal radiowych rozgrzewają się co może sprawić, że reakcje z udziałem enzymów przebiegają nawet cztery razy szybciej. To wstęp do tworzenia sterowanych radiowo układów biochemicznych, a nawet modyfikowania procesów metabolicznych w żywych organizmach.

Enzymy uczestniczą w licznych procesach życiowych, efektywność ich działania zależy od bardzo wielu czynników. Zwykle sterują nimi procesy chemiczne, Rosjanie postanowili udowodnić, że istotne może być też oddziaływanie fizyczne, w tym pole elektromagnetyczne o częstotliwości radiowej. By stworzyć enzymy wrażliwe na sygnał radiowy, badacze ITMO zbudowali kompleks, w którym enzym zamknięty jest w porowatej sieci nanocząsteczek magnetytu. Gdy taki kompleks znajdzie się w polu o częstotliwości radiowej, nanocząstki pochłaniają energię i rozgrzewają się. Ta dodatkowa energia zwiększa prędkość reakcji enzymatycznych. Metodę przetestowano na przykładzie konkretnego enzymu, anhydrazy węglanowej. Okazało się, że reakcje z jej udziałem udało się przyspieszyć ponad czterokrotnie.

Do tej pory naukowcy rzadko zajmowali się oddziaływaniem fal radiowych na enzymy. Nam jako pierwszym udało się zwiększyć aktywność enzymu, który nie jest termicznie stabilny – mówi Andriej Drozdow z laboratorium SCAMT na Uniwersytecie ITMO. Zwykle te enzymy w wyższej temperaturze zmieniają swoją konformację i przestają działać. Umieszczenie enzymu w szkielecie z nanocząsteczek czysto mechanicznie stabilizuje tę strukturę. 

Taka metoda ma dwie kluczowe zalety. Po pierwsze fale radiowe doskonale przenikają przez komórki i tkanki, po drugie, są przy tym całkowicie nieszkodliwe. To oznacza, że z pomocą pola elektromagnetycznego o częstotliwości radiowej można kontrolować aktywność enzymów w żywym organizmie i wpływać na procesy metaboliczne w komórkach. W niedalekiej przyszłości autorzy pracy zamierzają potwierdzić skuteczność swojej metody także w przypadku innych enzymów, które mogłyby umożliwić wpływanie na istotne procesy życiowe komórek i bakterii. Jak dodaje pierwsza autorka pracy, Julia Andrejewa, wciąż nie jest jasne, czy z pomocą tej metody można byłoby nakłonić komórki i bakterie to szybszego podziału lub całkowicie ich podział zablokować.

Schemat metody /ITMO University /Materiały prasowe

Enzymy uczestniczą w licznych procesach życiowych, efektywność ich działania zależy od bardzo wielu czynników. Zwykle sterują nimi procesy chemiczne, Rosjanie postanowili udowodnić, że istotne może być też oddziaływanie fizyczne, w tym pole elektromagnetyczne o częstotliwości radiowej. By stworzyć enzymy wrażliwe na sygnał radiowy, badacze ITMO zbudowali kompleks, w którym enzym zamknięty jest w porowatej sieci nanocząsteczek magnetytu. Gdy taki kompleks znajdzie się w polu o częstotliwości radiowej, nanoczastki pochłaniają energię i rozgrzewają się. Ta dodatkowa energia zwiększa prędkość reakcji enzymatycznych. Metodę przetestowano na przykładzie konkretnego enzymu, anhydrazy węglanowej. Okazało się, że reakcje z jej udziałem udało się przyspieszyć ponad czterokrotnie.

Do tej pory naukowcy rzadko zajmowali się oddziaływaniem fal radiowych na enzymy. Nam jako pierwszym udało się zwiększyć aktywność enzymu, który nie jest termicznie stabilny – mówi Andriej Drozdow z laboratorium SCAMT na Uniwersytecie ITMO. Zwykle te enzymy w wyższej temperaturze zmieniają swoją konformację i przestają działać. Umieszczenie enzymu w szkielecie z nanocząsteczek czysto mechanicznie stabilizuje tę strukturę. 

Taka metoda ma dwie kluczowe zalety. Po pierwsze fale radiowe doskonale przenikają przez komórki i tkanki, po drugie, są przy tym całkowicie nieszkodliwe. To oznacza, że z pomocą pola elektromagnetycznego o częstotliwości radiowej można kontrolować aktywność enzymów w żywym organizmie i wpływać na procesy metaboliczne w komórkach. W niedalekiej przyszłości autorzy pracy zamierzają potwierdzić skuteczność swojej metody także w przypadku innych enzymów, które mogłyby umożliwić wpływanie na istotne procesy życiowe komórek i bakterii. Jak dodaje pierwsza autorka pracy, Julia Andrejewa, wciąż nie jest jasne, czy z pomocą tej metody można byłoby nakłonić komórki i bakterie to szybszego podziału lub całkowicie ich podział zablokować.

 

 

 

Źródło: rmf24, Reuters