Фермент в керамической скорлупе: свет ускоряет реакцию, но не разрушает белок

Система состоит из трёх частей: фермента карбоангидразы, полых золотых наночастиц и пористой керамики из оксида алюминия. Карбоангидраза ускоряет превращение углекислого газа в углекислоту, то есть в его растворённую в воде форму. Её работу удобно отслеживать по цвету: при реакции смесь желтеет. Фермент и золото «запирают» внутри керамики. Когда на материал направляют инфракрасный лазер, наночастицы поглощают свет и превращают его в тепло. Керамика при этом не даёт белку потерять структуру.

Защиту проверили двумя способами. В водяной бане при 70°C свободный фермент терял форму и слипался в комки, а фермент в керамике почти не менялся. Затем температуру, при которой белок необратимо портится, измерили методом дифференциальной сканирующей калориметрии (он фиксирует изменения вещества при нагреве). У свободного фермента она составила 67°C, в керамике без золота — 103°C, в керамике с золотом — 96°C. Оболочка поднимает этот порог почти на 30 градусов.

Главный результат получили при облучении лазером. При доле золота всего 0,5% от массы материала активность фермента выросла в 9 раз по сравнению с чистым ферментом без оболочки. Материал выдержал 11 циклов нагрева и охлаждения без потери активности, поэтому его можно использовать многократно.

Пока это лабораторный эксперимент: на клетках и животных материал не испытывали. Руководитель проекта, старший научный сотрудник Научного центра генетики и наук о жизни университета «Сириус» Андрей Дроздов, говорит, что команда планирует развивать технологию для промышленного улавливания углекислого газа. Работа поддержана грантом Российского научного фонда.

Авторы обсуждают и медицинскую перспективу. Золотые наночастицы поглощают свет с длиной волны, которая хорошо проходит через ткани организма. В будущем их можно было бы нагревать лазером для фототерапии опухолей.