Разработка ученых РФ позволит создать долговечные и эффективные биокатализаторы

Российские исследователи создали материал на базе наночастиц золота и специальной пористой керамики, который позволяет защищать молекулы ферментов от нагрева и при этом существенным образом ускоряет их работу.

Источник: Unsplash

Эта разработка позволит создать долговечные и повторно используемые природоподобные катализаторы, сообщила ТАСС пресс-служба Российского научного фонда (РНФ).

«Мы видим большой потенциал разработанной концепции как в области медицины, так и в области биотехнологий и “зеленого перехода”. В дальнейшем мы планируем продолжать исследования в этой области, а также развивать разработанную технологию в промышленном направлении для улавливания углекислого газа», — заявил старший научный сотрудник Научного центра генетики и наук о жизни Научно-технологического университета «Сириус» Андрей Дроздов, чьи слова приводит пресс-служба РНФ.

Как отмечают Дроздов и ученые, уже существующие в природе ферменты способны ускорять сотни и тысячи различных химических реакций, в том числе связанных с производством топлива, лекарств, пластмасс и других полезных материалов. На практике их использованию часто мешает то, что молекулы ферментов чаще всего становятся нестабильными вне пределов живых клеток, и при этом они разрушаются при нагреве до температуры, превышающей 50 градусов Цельсия.

Источник: Freepik

Исследователи из Научно-технологического университета «Сириус» и их коллеги из МФТИ предположили, что обе проблемы можно решить, если упаковать молекулы ферментов внутрь особой структуры, состоящей из наночастиц золота и пористого керамического материала из оксида алюминия. Последний стабилизирует биокатализаторы и не дает им разрушиться под действием тепла, а наночастицы позволяют гибко управлять работой ферментов при помощи вспышек инфракрасного излучения.

Для проверки этой гипотезы ученые «упаковали» подобным образом молекулы фермента карбоангидразы, играющего важную роль в клеточном «дыхании» — он ускоряет превращение молекул углекислого газа в угольную кислоту. Последующие опыты показали, что защитная оболочка почти удвоила стойкость фермента к нагреву — он необратимым образом разрушался не при 67 градусах Цельсия, как это обычно происходит, а при 96−103 градусах Цельсия.

Облучение данного материала при помощи инфракрасного лазера приводит к повышению каталитической активности фермента примерно в девять раз при присутствии очень небольшого числа золотых наночастиц внутри керамики. При этом материал выдержал 11 циклов нагрева и охлаждения без потери активности, что указывает на возможность многократного использования подобных «упакованных» ферментов для решения важнейших задачи в химической и биофармацевтической промышленности, подытожили ученые.