Ферменты заточили в камеры из ДНК 12 февраля 2016 года, 09:57

Статья Zhao et al. Nanocaged enzymes with enhanced catalytic activity and increased stability against protease digestion с результатами работы опубликована в Nature Communications.

Исследователи решили воспроизвести эффект, который проявляется при нахождении ферментов в таких относительно изолированных частях клетки, как митохондрии, пероксисомы или ядро. Для этого ферменты помещали в наноразмерные камеры, собранные из ДНК.

Скриншот из пресс-релиза Arizona State University 
“Chemical cages: New technique advances synthetic biology” – ВМ.

Камеры строились в буферном растворе из вирусной ДНК. Дизайн камер был разработан с помощью программы caDNAno. Сначала ученые собрали две отдельные половинки камеры, в каждой из которых содержался один из двух различных ферментов. Затем половины камеры соединялись вместе с помощью коротких нитей ДНК. Через нанопоры в камеру могли свободно проникать небольшие молекулы, например, участвующие в ферментативной реакции субстраты.

В качестве ферментов для экспериментов были выбраны глюкозооксидаза и пероксидаза хрена, которые катализируют каскад реакций, от окисления глюкозы и образования пероксида водорода до окисления ABTS — химического соединения, которое применяется для определения скорости ферментативной реакций на основе наблюдения за изменением окраски.

Результаты экспериментов показали, что активность реакции внутри нанокамер была в 8 раз выше, чем у контрольных ферментов, которые не были изолированы. Ученые объяснили такой эффект тем, что внутри ДНК-камер из-за высокой плотности фосфатных групп образовывалось большое число упорядоченных водородных связей. Именно они и увеличивали стабильность молекул ферментов. Исследователи проверили это предположение, добавив раствор хлорида натрия, разрывающего водородные связи, что уменьшило активность ферментов. Кроме того, нанокамеры продемонстрировал свою эффективность в защите ферментов от разрушения трипсином.

Изображение ДНК-камер с ферментами внутри, 
полученное с помощью электронной микроскопии.
Иллюстрация: Zhao Zhao, Nature Communications, 2016

Нанокамеры из ДНК могут служить молекулярными инструментами для изменения активности ферментов и применяться в области умных материалов и биотехнологий. В будущем, уверены ученые, будет возможно создавать программируемые нанокамеры из молекул ДНК для создания терапевтических наноустройств, регулирующих функции каталитических белков.

Нанотехнологии на основе ДНК — область исследований, в которой занимаются созданием искусственных структур из нуклеиновых кислот для технологического и инженерного использования, не связанного с кодированием информации.

Александр Еникеев, N+1
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru