Танец «ежей» и дрожжей ускоряет химические реакции
Управляемые магнитным полем подобные ежам частицы могут повысить проницаемость клеточных мембран с сохранением первоначальной структуры клетки. Это позволит ускорить химические реакции в клетках, говорится в опубликованной в The Journal of Physical Chemistry Letters статье.
Чтобы вещества в клетке превращались одно в другое, нужен субстрат, который запустит химическую реакцию. С его помощью образуется необходимое соединение, которое используется в дальнейших химических превращениях в клетках или в разработке лекарственных препаратов и пищевых продуктов. Однако ученые, которые воздействуют на биокаталитические процессы в клетке, сталкиваются с проблемой: клеточная мембрана и стенка ограничивают скорость проникновения субстрата в клетку. Решение предложили сотрудники Университета ИТМО.
«Для преодоления барьера можно увеличить проницаемость клеточной мембраны. Для этого часто используют химические вещества. Однако они могут быть достаточно токсичными, и их действие сложно контролировать, а другие методы могут необратимо разрушить структуру клетки», — объяснил Даниил Кладько, первый автор исследования, магистрант лаборатории SCAMT Университета ИТМО.
Чтобы сделать мембрану проницаемой, ученые создали похожие на ежей частицы высокой плотности, внутри которых было ядро диаметром с нанометр, а снаружи торчали иголки. Управляя такими частицами при помощи магнитного поля, исследователям удалось превратить глюкозу в спирт. Для этого они добавили «ежей» в пекарские дрожжи и некоторое время инкубировали образцы. После этого авторы работы отправили их в специальную установку, которая воздействовала на вещества переменным магнитным полем с заданной частотой, интенсивностью и направлением. Так ученым удалось пробить клеточную мембрану дрожжей и доставить внутрь клетки субстрат, который вступил в реакцию. При этом структура клеток не была повреждена, и они сохранили жизнеспособность.
«Вращающееся магнитное поле заставляет дрожжи вместе с «ежами» крутиться вокруг своей оси. В результате этого происходит их взаимодействие: «еж» трансформирует энергию магнитного поля в механическое напряжение на мембрану, находясь на которой, он создает момент силы, позволяющий ей открыться. В данном случае очень важны время и частота. Нужно чтобы поле какое-то время поработало и «подергало» мембрану, потому что это все еще достаточно плотная структура, несмотря на ее кажущуюся тонкость», — рассказал Кладько.
По словам ученых, разработанную технологию можно применять в пищевой промышленности, фармацевтике, биотехнологиях и других отраслях. Например, с помощью метода можно повысить масштабы производства и снизить цену лекарств на базе биосинтеза.