Les scientifiques ont développé des enzymes avec télécommande

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Le schéma du nouveau système. Crédit: Université ITMO

Les scientifiques ont mis au point une méthode permettant d’améliorer l’activité des enzymes en utilisant un rayonnement haute fréquence. La méthode nécessite un complexe spécial d'enzymes et de nanoparticules magnétiques. Les particules peuvent adsorber les émissions radio et les convertir en chaleur, entraînant une accélération des processus enzymatiques de plus de quatre fois. La méthode peut être utilisée pour créer des systèmes biochimiques radiocommandés et ajuster le métabolisme des organismes vivants. Les résultats sont publiés dans ACS Biomaterials Science & Engineering.


Les enzymes participent à diverses réactions chez les organismes vivants et leur efficacité dépend de diverses conditions. Bien que l'activité enzymatique soit généralement contrôlée chimiquement, des chercheurs de l'université ITMO ont montré qu'il était possible de le faire à distance à l'aide de méthodes physiques telles que les champs de radiofréquence.

Pour fabriquer des enzymes radio-contrôlées, les scientifiques ont synthétisé un complexe spécial dans lequel une enzyme est enfermée dans un cadre poreux rigide constitué de nanoparticules de magnétite. Chaque fois que le champ radioélectrique est appliqué, les nanoparticules adsorbent les émissions radioélectriques et s'échauffent, transmettant une énergie supplémentaire à l'enzyme et entraînant une accélération du taux de réaction enzymatique. Une expérience menée sur une enzyme modèle, l'anhydrase carbonique, a montré que la vitesse de réaction pouvait être augmentée de plus de quatre fois.

"Il existe très peu d'études sur la manipulation des enzymes par les ondes radio. Nous avons été les premiers à augmenter l'activité d'une enzyme non thermostable. En règle générale, ces enzymes modifient la conformation à haute température, puis cessent de fonctionner. l’armature rigide des nanoparticules, l’enzyme est stabilisée par des réarrangements structurels car les nanoparticules limitent mécaniquement la mobilité de l’enzyme », déclare Andrey Drozdov, membre du laboratoire SCAMT de l’Université ITMO.

Il y a deux paramètres clés parmi les avantages de l'émission radio utilisée dans le travail. De telles ondes radio peuvent facilement traverser les tissus et elles sont inoffensives. Ainsi, en utilisant le champ de radiofréquence, les chercheurs peuvent contrôler l'activité des enzymes dans l'organisme et ajuster le métabolisme cellulaire. Dans un proche avenir, les scientifiques prévoient d’essayer cette méthode sur d’autres enzymes pour tenter d’influencer l’activité vitale de bactéries ou de cellules.

Comme ce sujet a beaucoup de potentiel, les travaux futurs porteront sur l’utilisation de la technique avec d’autres enzymes, ainsi que dans les cellules vivantes. Par exemple, on ne sait toujours pas s’il est possible de faire se diviser plus souvent des bactéries ou des cellules ou, au contraire, d’arrêter leur division.


Explorer plus loin:
Des scientifiques simulent l'environnement intracellulaire d'une cellule bactérienne luminescente

Plus d'information:
Yulia I. Andreeva et al, Nanocomposites enzymatiques à activité modulée par champ radioélectrique, ACS Biomaterials Science & Engineering (2018). DOI: 10.1021 / acsbiomaterials.8b00838

Fourni par:
Université ITMO

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