Επιστήμονες ανέπτυξαν ένζυμα με τηλεχειρισμό

Οι επιστήμονες ανέπτυξαν ένζυμα με τηλεχειρισμό
Στη φωτογραφία βλέπετε τη νέα μεθοδολογία που χρησιμοποιείται για την ανάπτυξη ενζύμων μέσω τηλεχειρισμού. Credit image: ITMO University

Οι επιστήμονες έχουν αναπτύξει μια νέα μέθοδο για τη βελτίωση της δραστηριότητας των ενζύμων με τη χρήση ακτινοβολίας ραδιοσυχνοτήτων.

Η μέθοδος απαιτεί ένα ειδικό σύμπλεγμα ενζύμων και μαγνητικών νανοσωματιδίων. Τα σωματίδια μπορούν να απορροφήσουν την ραδιοεκπομπή και να την μετατρέψουν σε θερμότητα, με αποτέλεσμα την επιτάχυνση των ενζυματικών διεργασιών κατά περισσότερο από τέσσερις φορές.

Η μέθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία ραδιοελεγχόμενων βιοχημικών συστημάτων και την προσαρμογή του μεταβολισμού στους ζώντες οργανισμούς. Τα αποτελέσματα της μελέτης δημοσιεύθηκαν στο ACS Biomaterials Science & Engineering.

Τα ένζυμα εμπλέκονται σε ποικίλες αντιδράσεις σε ζωντανούς οργανισμούς και η αποτελεσματικότητα τους εξαρτάται από διάφορους παράγοντες και συνθήκες. Παρά το γεγονός ότι η δραστηριότητα των ενζύμων συνήθως ελέγχεται χημικώς, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο ITMO διαπίστωσαν ότι αυτό μπορεί να γίνει και από απόσταση χρησιμοποιώντας φυσικές μεθόδους, όπως οι ραδιοσυχνότητες.

Για να κατασκευάσουν ραδιοελεγχόμενα ένζυμα, οι επιστήμονες συνθέτουν ένα ειδικό σύμπλεγμα στο οποίο ένα ένζυμο περικλείεται σε ένα άκαμπτο πορώδες πλαίσιο νανοσωματιδίων μαγνητίτη. Κάθε φορά που εφαρμόζεται το πεδίο ραδιοσυχνοτήτων, τα νανοσωματίδια προσροφούν την ακτινοβολία των ραδιοσυχνοτήτων και θερμαίνονται, με αποτέλεσμα να παρέχεται πρόσθετη ενέργεια στο ένζυμο και κατά συνέπεια οδηγεί στην επιτάχυνση της ενζυματικής αντίδρασης. Ένα πείραμα που διεξήχθη σε ένα τέτειο μοντέλο ενζύμου τύπου ανθρακικής ανυδράσης, κατέδειξε ότι ο ρυθμός αντίδρασης μπορεί να αυξηθεί περισσότερο από τέσσερις φορές.

Ο Andrey Drozdov, μέλος του εργαστηρίου SCAMT στο πανεπιστήμιο του ITMO ανέφερε: «Υπάρχουν πολύ λίγες μελέτες που διερεύνησαν το χειρισμό των ενζύμων μέσω των ραδιοσυχνοτήτων και των ραδιοκυμάτων, ήμασταν οι πρώτοι που αύξησαν τη δραστηριότητα ενός μη θερμοσταθερού ενζύμου. Συνήθως, αυτά τα ένζυμα αλλάζουν τη διαμόρφωση τους σε υψηλές θερμοκρασίες και στη συνέχεια σταματούν να λειτουργούν. Το άκαμπτο πλαίσιο των νανοσωματιδίων, σταθεροποιεί το ένζυμο από τις αναδιατάξεις της δομής καθώς τα νανοσωματίδια περιορίζουν μηχανικά την κινητικότητα των ενζύμων».

Υπάρχουν δύο βασικές παράμετροι μεταξύ των πλεονεκτημάτων της ραδιοεκπομπής που χρησιμοποιούνται στην εργασία. Τέτοια ραδιοκύματα μπορούν εύκολα να περάσουν από τους ιστούς και και ουσιαστικά είναι αβλαβή. Έτσι, χρησιμοποιώντας το πεδίο ραδιοσυχνοτήτων, οι ερευνητές μπορούν να ελέγξουν τη δραστηριότητα των ενζύμων στο σώμα και να προσαρμόσουν τον μεταβολισμό των κυττάρων. Στο εγγύς μέλλον, οι επιστήμονες σχεδιάζουν να δοκιμάσουν αυτή τη μέθοδο σε άλλα ένζυμα σε μια προσπάθεια να επηρεάσουν τη ζωτική δραστηριότητα των βακτηρίων ή των κυττάρων.

Δεδομένου ότι το θέμα αυτό έχει πολλές δυνατότητες, η περαιτέρω εργασία θα επικεντρωθεί στη χρήση της τεχνικής με άλλα ένζυμα, καθώς και σε ζώντα κύτταρα.