Ученые из университета ИТМО разработали метод повышения активности ферментов с использованием радиочастотного излучения. Метод требует создания специального комплекса, состоящего из ферментов и магнитных наночастиц. Частицы могут адсорбировать радиоизлучение и преобразовывать его в тепло, приводя к ускорению ферментативных процессов более чем в четыре раза. Такой метод может быть использован для создания радиоуправляемых биохимических систем и корректировки метаболизма в живых организмах. Результаты опубликованы в ACS Biomaterials Science & Engineering.
Ферменты участвуют в различных реакциях в живых организмах, и их эффективность зависит от множества условий. Как правило, активность ферментов контролируется химическими методами, но ученые из университета ИТМО показали, что это можно сделать удаленно с использованием физических методов, таких как радиочастотное поле.
Для создания радиоуправляемых ферментов ученые синтезировали специальный комплекс, в котором фермент заключен в жесткую пористую структуру наночастиц магнетита. Всякий раз, когда применяется радиополе, наночастицы адсорбируют радиоизлучение и нагреваются, передавая дополнительную энергию ферменту, что приводит к ускорению скорости ферментативной реакции. Эксперимент, проведенный на модели фермента карбоангидразы, показал, что скорость реакции может быть увеличена более чем в четыре 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, используемых в работе, есть два ключевых параметра. С одной стороны, такие радиоволны могут легко проходить через ткани, а с другой, они абсолютно безвредны для организма. Таким образом, при помощи радиочастотного поля можно управлять активностью ферментов в организме и корректировать метаболизм клеток. В ближайшем будущем ученые планируют опробовать этот метод и на других ферментах в попытке оказать влияние 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 Юлия Андреева, первый автор исследования.
Мнение специалиста: Изменение активности ферментов с помощью радиоволн может позволить контролировать и даже корректировать метаболизм человека. Возможно данное исследование позволит открыть новые широкие возможности в медицине.
