Радиоволны вместо таблеток: как учёные научились включать ферменты

Можно ли включать и выключать молекулы, словно телевизор? Оказывается — да. Учёные из Университета ИТМО нашли способ "переключать" активность ферментов с помощью радиоволн.

Фото: https://www.rawpixel.com/image/2288634/free-photo-image-laboratory-science-scientist by Centers for Disease Control and Prevention (Source), https://creativecommons.org/public-domain/pdm/

Учёный проверяет бактерии на чувствительность к противомикробным препаратам

Как это работает

Ферменты — это молекулы, которые ускоряют важнейшие химические реакции в организме. Обычно их активность регулируют химическими веществами. Но исследователи из Санкт-Петербурга пошли другим путём — они доказали, что управлять ферментами можно дистанционно, используя радиочастоты.

Эксперимент провели на ферменте карбоангидразе. Он присутствует в эритроцитах, слизистой желудка и других тканях. Учёные заключили его в жёсткий каркас из наночастиц магнетита. Под действием радиоволн эти частицы нагреваются и передают ферменту дополнительную энергию — реакция ускоряется.

Четырехкратный эффект

Результат впечатлил: активность фермента выросла в 4 раза. Это стало возможным, несмотря на то, что карбоангидраза — нетермостабильная. Обычно такие молекулы при нагревании теряют форму и перестают работать. Однако здесь всё иначе.

"Наша работа — первая, где удалось повысить активность нетермостабильного фермента с помощью радиоволн. Жёсткий каркас из наночастиц не даёт ферменту изменить форму, и он продолжает работать", — объясняет Андрей Дроздов, сотрудник лаборатории SCAMT Университета ИТМО.

Почему это важно

Метод безопасен: радиоволны свободно проникают в ткани и не вредят организму. Такой подход может стать основой для нового способа управления обменом веществ в клетках — точного, неинвазивного и дистанционного.

По словам первой авторки исследования Юлии Андреевой, команда планирует испытать технологию на других ферментах и живых клетках. Возможно, получится управлять даже делением бактерий и клеток — ускорять или останавливать его.

Интересно, что в этом году Нобелевскую премию по химии частично присудили за работы по направленной эволюции ферментов. В 1993 году Фрэнсис Арнольд впервые провела такую эволюцию, а теперь ферментами можно не только эволюционно управлять, но и "включать" по радио.

Уточнения

Радиово́лны - электромагнитные волны с частотами до 3 ТГц, распространяющиеся в пространстве без искусственного волновода.