Исследователи открыли метод управления биомолекулярными машинами в широком диапазоне температур с использованием глубоководного осмолита N-оксида триметиламина (ТМАО). Это открытие может открыть новое измерение в применении искусственных машин, изготовленных из биомолекулярных моторов и других белков.
Биомолекулярные моторы - это самые маленькие естественные механизмы, поддерживающие динамику живых организмов. Они могут генерировать силу и выполнять работу самостоятельно, потребляя химическую энергию. В последние годы реконструированные биомолекулярные двигатели появились в качестве многообещающих заменителей синтетических двигателей и, как ожидается, станут ключевыми компонентами биомиметических искусственных микро- или наноустройств. Однако реконструированные биомолекулярные моторы теряют способность функционировать из-за термической нестабильности в искусственных средах.
Тасрина Мунмун, Ариф Рашедул Кабир, Казуки Сада и Акира Какуго из Университета Хоккайдо и Юкитеру Кацумото из Университета Фукуока были вдохновлены наблюдениями за тем, как белки остаются стабильными в живых организмах, таких как акулы, костистые кости, скаты и крабы, которые выжить в суровых условиях, таких как глубоководные гидротермальные источники или в условиях тепловых возмущений. Хотя белки обычно денатурируются при нагревании, белки глубоководных животных остаются стабильными и активными при нагревании благодаря ТМАО.
«Основываясь на этом увлекательном защитном механизме у глубоководных животных, мы попытались контролировать активность кинезина, биомолекулярного мотора, связанного с белками микротрубочек, в широком диапазоне температур», - сказал Ариф, доктор медицинских наук Рашедул Кабир. Чтобы исследовать активность кинезинов, команда провела анализы подвижности in vitro, в которых кинезиновые моторы приводили в движение микротрубочки на двумерном субстрате.
Согласно исследованию, опубликованному в Chemical Communications, они обнаружили, что ТМАО подавляет термическую денатурацию кинезинов в зависимости от концентрации. В диапазоне температур 22-46 °С кинезины стимулировали движение микротрубочек в течение длительного времени (почти в 2,5 раза дольше) при наличии ТМАО. Это показывает, что команда успешно контролировала динамику между кинезинами и микротрубочками в широком диапазоне температур. «Это исследование является первым примером, показывающим успешное использование глубоководного осмолита для поддержания биомолекулярных двигателей в течение длительного времени в широком диапазоне температур в инженерных средах», - прокомментировал Ариф, доктор медицинских наук Рашедул Кабир.
Ариф, доктор медицины Рашедул Кабир, продолжил: «Идея использования естественных защитных механизмов против инактивации белков и ферментов, вызванной нагреванием, теперь получит дальнейшее развитие».
«Наша работа откроет новое измерение в устойчивом применении реконструированных биомолекул, которые принесут пользу в различных областях, включая биомиметическую инженерию, биохимическую и биомедицинскую инженерию, а также материаловедение», - добавил Акира Какуго.