Глубоководный осмолит делает биомолекулярные машины термоустойчивыми

Исследователи обнаружили метод контроля биомолекулярных машин в широком диапазоне температур с использованием глубоководного осмолита триметиламин N-оксида (TMAO). Это открытие может открыть новое измерение в применении искусственных машин, созданных из биомолекулярных моторов и других белков.

Биомолекулярные моторы — это мельчайшие природные машины, поддерживающие динамику живых организмов. Они могут генерировать силу и совершать работу самостоятельно, потребляя химическую энергию. В последние годы реконструированные биомолекулярные моторы рассматриваются как перспективная замена синтетическим моторам и ожидается, что они станут ключевыми компонентами биомиметических микро- или наноустройств. Однако в искусственных средах они теряют функциональность из-за термической нестабильности.

Учёные из Университета Хоккайдо и Университета Фукуоки вдохновились тем, как белки остаются стабильными в организмах акул, костистых рыб, скатов и крабов, выживающих в экстремальных условиях, например, у глубоководных гидротермальных источников. Хотя белки обычно денатурируют под действием тепла, белки глубоководных животных остаются стабильными и активными благодаря TMAO.

«Основываясь на этом увлекательном защитном механизме глубоководных животных, мы попытались контролировать активность кинезина, биомолекулярного мотора, ассоциированного с белками микротрубочек, в широком диапазоне температур», — пояснил Ариф Мд. Рашедул Кабир. Для исследования активности кинезинов команда провела in vitro моториксные тесты, в которых моторы кинезина продвигали микротрубочки по двумерному субстрату.

Согласно исследованию, опубликованному в Chemical Communications, было обнаружено, что TMAO подавляет термическую денатурацию кинезинов зависимым от концентрации образом. В диапазоне температур 22–46 °C кинезины продвигали микротрубочки в течение более длительного времени (почти в 2,5 раза дольше) в присутствии TMAO. Это показывает, что команда успешно контролировала динамику между кинезинами и микротрубочками в широком температурном диапазоне. «Это исследование — первый пример успешного использования глубоководного осмолита для поддержания работы биомолекулярных моторов в течение длительного времени в широком диапазоне температур в инженерных средах», — прокомментировал Ариф Мд. Рашедул Кабир.

«Идея использования естественных защитных механизмов против тепловой инактивации белков и ферментов теперь получит дальнейшее развитие», — добавил он.

«Наша работа откроет новое измерение в устойчивом применении реконструированных биомолекул, что принесёт пользу различным областям, включая биомиметическую инженерию, биохимическую и биомедицинскую инженерию, а также материаловедение», — заключил Акира Какого.