Автор AZoNano 14 октября 2020 г.

Новое исследование разрешило один из основных барьеров, связанных с использованием нанороботов, управляемых липазами – ферментами, которые играют решающую роль в процессе пищеварения, расщепляя жиры в пищевых продуктах, чтобы способствовать их усвоению.

Исследование было выполнено группой ученых из Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares (CNIC), Universidad Complutense (UCM), Universidad de Girona (UdG) и Института биоинженерии Каталонии (IBEC) в сотрудничестве с другие международные центры.

Исследовательской работой руководил Марко Филиче из отдела микроскопии и динамической визуализации CNIC – части ReDIB Infraestructura Científico Técnica Singular (ICTS) – профессор фармацевтического факультета (UCM) и Самуэль Санчес, профессор-исследователь ICREA из МБЭС.

Опубликованная в журнале Angewandte Chemie International Edition статья объясняет новый инструмент для регулирования двигателей, приводимых в действие ферментами, расширяя их потенциал в экологических и биомедицинских приложениях.

Микробы обладают способностью плавать в сложной среде, реагировать на нее и самостоятельно организовываться. Исходя из этих способностей, ученым наконец-то удалось искусственно смоделировать этих маленьких пловцов после работы над этим более двух десятилетий. Они сделали это сначала на макро-микромасштабе, а затем на наномасштабе, определив области применения в биомедицине и восстановлении окружающей среды.

Скорость, грузоподъемность и простота функционализации поверхности микро- и наномоторов позволили недавним исследованиям превратить эти устройства в многообещающие инструменты для решения многих биомедицинских проблем. Однако ключевой проблемой для более широкого использования этих нанороботов является выбор подходящего двигателя для их движения .

Самуэль Санчес, профессор-исследователь ICREA, Институт биоинженерии Каталонии

За последние пять лет команда IBEC была первой, кто продемонстрировал использование ферментов для создания движущей силы для наномоторов.

Биокаталитические наномоторы используют биологические ферменты для преобразования химической энергии в механическую силу, и этот подход вызвал большой интерес в этой области: уреаза, каталаза и глюкозооксидаза являются наиболее частыми вариантами для питания этих крошечных двигателей. .

Самуэль Санчес, профессор-исследователь ICREA, Институт биоинженерии Каталонии

Команда CNIC является лидером в иммобилизации и структурных манипуляциях с ферментами липазы, обнаруженными на поверхности различных наноматериалов.

Ферменты липазы образуют исключительные наномоторные компоненты, и это можно объяснить их каталитическим механизмом, который включает значительные конформационные различия между закрытой и открытой активной формой.

« В этом проекте мы исследовали влияние модуляции каталитической активности липазных ферментов на продвижение наночастиц на основе кремния », – пояснил Филис.

Помимо трехмерной конформации фермента, исследователи также исследовали регуляцию ориентации фермента во время его иммобилизации на поверхности наномотора и его влияние на каталитическую активность и, таким образом, на движение нанороботов.

Команда химически изменила поверхность наночастиц кремния, чтобы создать три конкретных комбинации ориентации и конформации липазы во время иммобилизации: (1) закрытая конформация плюс неконтролируемая ориентация, (2) открытая конформация плюс контролируемая ориентация и (3) промежуточное состояние между 1 и 2.

Исследователи исследовали три формы нанороботов с помощью спектроскопических методов, анализов для оценки каталитических параметров, связанных с активностью ферментов, динамического молекулярного моделирования (проведенного группой профессора Сильвии Осуны из UdG) и прямого мониторинга отдельных наномоторных траекторий. с помощью методов микроскопии.

Результаты демонстрируют, что сочетание открытой конформации фермента с определенной ориентацией на наномоторе имеет решающее значение для достижения контролируемого движения .

Исследователи

Ссылка на журнал:

Ван, Л., и др. . (2020) Конформация ферментов влияет на производительность наномоторов, работающих на липазе. Angewandte Chemie International Edition . doi.org/10.1002/ange.202008339.

Источник: https://www.cnic.es/en[19459008visible