Исследователи из SCAMT 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.
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 либо клетки делиться чаще или, наоборот, перестать делиться совсем при помощи этого метода», – отметила первый автор статьи Юлия Андреева.
Статья: Enzymatic Nanocomposites with Radio Frequency Field-Modulated Activity. Yulia I. Andreeva et al. ACS Biomaterials Science & Engineering. 30 October, 2018
(автор Анастасия Комарова)