Исследователи применяют радиочастотное излучение для модуляции ферментативных наночастиц

В Университете ИТМО ученые разработали новый метод улучшения активности ферментов путем применения радиочастотного излучения. Новая методика включает создание уникального комплекса, содержащего магнитные наночастицы и ферменты.

Авторы: Университет ITMO

Частицы способны адсорбировать радиоизлучение и изменять его на нагрев, что в конечном итоге ускоряет ферментативные процессы более чем в четыре раза. Одновременно фермент, покрытый частицами, оказывается более устойчивым к экстремальным температурам. Такая методика может быть использована для разработки радиоуправляемых биохимических систем, а также для регулирования метаболизма в живых организмах. Результаты исследования были опубликованы в ACS Biomaterials Science & Engineering .

Ферменты играют важную роль во многих различных реакциях в живых организмах, в то время как их эффективность зависит от различных условий. Чаще всего активность ферментов контролируется химически, но исследователи ITMO продемонстрировали, что это можно дистанционно осуществить с помощью физических методов, таких как радиочастотное поле.

Исследователи разработали радиоуправляемые ферменты путем синтеза уникального комплекса, в котором фермент покрыт жесткой пористой структурой наночастиц магнетита. При применении радиополя магнитные наночастицы способны адсорбировать радиоизлучение и нагреваться впоследствии, передавая дополнительную энергию ферменту и ускоряя скорость ферментативной реакции. Эксперимент, выполненный на карбоновой ангидразе – модельном ферменте, показал, что можно увеличить скорость реакции более чем в четыре раза

Существует очень мало исследований, которые исследуют манипуляции ферментами через радиоволны. Мы были первыми, кому удалось увеличить активность не термостабильного фермента. Как правило, эти ферменты меняют конформацию при высоких температурах и затем перестают работать. Но помещенный в жесткий каркас наночастиц, фермент стабилизируется из структурных перегруппировок, поскольку наночастицы механически ограничивают подвижность ферментов .

Андрей Дроздов Лаборатория SCAMT, Университет ITMO

Среди преимуществ радиоизлучения, применяемых в этом исследовании, существуют два основных параметра. Хотя такие радиоволны могут легко проходить сквозь ткани, они не нанесут никакого вреда организму. Следовательно, применяя радиочастотное поле, можно контролировать активность ферментов в организме и регулировать метаболизм клеток. В ближайшие дни исследователи планируют применить эту технику к другим формам ферментов в попытке повлиять на жизнедеятельность бактерий или клеток

Поскольку эта тема имеет много возможностей, дальнейшая работа будет сосредоточена на использовании техники с другими ферментами, а также в живых клетках. Например, до сих пор неясно, возможно ли с помощью этого метода сделать бактерии или клетки более частыми или, наоборот, прекратить их разделение.

Юлия Андреева первый автор исследования, Университет ИТМО

Source link