Нанореактор в пробирке: ферменты объявили войну токсинам
Черное пятно нефти у берега — это не только экокатастрофа, но и головоломка для ученых.
Представьте разлив нефти у чистого побережья: черная пленка переливается на солнце, угрожая экосистеме.
В 1980-х аркадная игра Pac-Man показывала, как микроорганизмы могли бы «пожирать» загрязнители, оставляя за собой чистую воду. Но в реальности все сложнее.
Некоторые ферменты бактерий и грибов действительно разлагают токсины, но медленно и с опасными побочными продуктами.
Мэн Ван, профессор Питтсбургского университета, получил грант NSF в $550 000 на создание наноструктурного «коктейля» ферментов, который ускорит очистку без вредных промежуточных веществ.
Еще студентом Ван изучал, как грибы разлагают загрязнения.
Это дешевле и экологичнее традиционных методов, — говорит он. — Но проблема в том, что одни ферменты мешают другим, а некоторые оставляют токсичные отходы.
В Калифорнийском университете Ван работал с белковыми наноконтейнерами — своего рода клетками, в которые можно поместить ферменты, чтобы они стали стабильнее. Теперь он создает «нанококтейли», где ферменты работают слаженно, как нанореактор, быстро передавая друг другу молекулы загрязнителя.
Для этого Ван использует аффинные метки — белковые «хвосты», которые помогают упаковывать ферменты в клетки. Эффективность сборки проверяют с помощью:
- динамического светорассеяния (лазерный луч показывает размер частиц),
- электронной микроскопии (пучок электронов «подсвечивает» структуры),
- хроматографии (разделяет ферменты по размеру).
Сначала метод испытают на 1,2,3-трихлорпропане — стойком загрязнителе, который встречается на промышленных площадках. Если технология сработает, ее можно будет адаптировать для разлива нефти, пестицидов и даже производства биотоплива.
Я благодарен NSF и коллегам за поддержку, — говорит Ван. — Это шанс улучшить то, над чем я начал работать еще студентом.
Технология может снизить стоимость очистки загрязненных территорий в разы: вместо дорогих химических методов — «живые» нанореакторы, работающие автономно. Например, их можно распылять на разливы нефти или закачивать в почву на зараженных промышленных зонах. Другое применение — переработка пластика или синтез биотоплива, где каскады ферментов критически важны.
Главный риск исследования — непредсказуемость взаимодействия ферментов в искусственных наноклетках. В природе их активность регулируется сложными механизмами, а в лаборатории возможны сбои: например, один фермент может «перегрузить» другой, приведя к новым токсичным соединениям. Также неясно, как такие системы поведут себя в реальных условиях — при перепадах температуры или наличии других загрязнителей.
Ранее ученые разработали реагент для очистки нефтяных разливов в Арктике.
