Маленькое свечение для белка — большой шаг для квантовой бионики

Многие слышали о том, что различные животные, например морские черепахи, могут ориентироваться по магнитному полю Земли. Более того, даже человеческий мозг способен бессознательно реагировать на изменение внешнего магнитного поля. Такая сенсорика реализуется на молекулярном уровне (например, с помощью белков-криптохромов) и давно привлекает внимание исследователей. Однако до недавнего времени создание искусственного и эффективного квантового биосенсора, способного работать внутри живых систем при комнатной температуре, представлялось чем-то фантастическим.

Как устроен новый биосенсор? В структуре модифицированного белка MagLOV можно выделить две ключевые составляющие: ароматическую «антенну», она же источник флуоресценции — кофактор ФМН (рис. 1), и белковую оболочку (LOV2). Оболочка не только удерживает ФМН в оптимальной позиции, но и предоставляет аминокислотный остаток (триптофан) в качестве «партнера» для переноса электрона. Когда синий свет падает на ФМН, электрон перескакивает с белка на кофактор, образуя спин-коррелированную радикальную пару (рис. 2). Именно квантовое состояние этой пары делает яркость свечения белка чувствительной к внешним магнитным полям.

В чем главные преимущества такой конструкции? Сенсор состоит из ФМН, который уже естественным образом присутствует в клетках, и белка, технология внедрения гена которого в ДНК давно отработана. Исследователи под руководством Харрисона Стила (Harrison Steel) успешно проверили работоспособность системы на живых бактериях. Поскольку сенсор закодирован генетически, он передается по наследству при делении клеток. Это позволяет создавать целые популяции «умных» клеток — живых детекторов магнитного поля, не требующих инъекций или сложной подготовки. Кроме того, ученые использовали методы направленной эволюции, чтобы прямо в процессе селекции отбирать те варианты дизайна белка, которые дают наиболее сильный магнитный отклик.

Это исследование подтверждает, что белки могут служить полноценными квантовыми инструментами. Работа открывает путь к новым методам высокоточной визуализации внутри живых организмов и управлению биологическими процессами с помощью электромагнитных полей.

Ссылка на оригинальную статью

Материал подготовил Попович С.З.