Алгоритм улучшает контроль над роботизированным протезом ноги.
Искусственно созданный белок из крови рыб
Исследователи сообщают, что синтезированная версия белка из крови рыб предотвращает замерзание продуктов и лекарств.
Каждый, кто сталкивался с повреждением продуктов при заморозке, знает, что кристаллы льда могут стать проблемой при низких температурах. Однако зазубренные края кристаллов льда могут не только испортить текстуру мороженого. На микроскопическом уровне они способны разрушить структуру живых клеток или биологических препаратов, таких как ферменты и антитела, которые тем не менее необходимо перевозить при минусовых температурах.
Антифриз в автомобиле — этиленгликоль — токсичен, поэтому его нельзя использовать для продуктов питания или лекарств. Вместо этого исследователи обратились к природе за вдохновением: у рыб, обитающих в полярных водах, в крови есть белки, предотвращающие замерзание.
Теперь исследователи из Инженерного колледжа Джона и Марсии Прайс при Университете Юты разработали способ создания упрощённой синтетической версии этого белка. Она достаточно проста для массового производства, но достаточно мощна, чтобы подавлять образование кристаллов льда при минусовых температурах.
Исследователи продемонстрировали эффективность своих мимикрирующих полипептидов на нескольких реальных примерах, включая мороженое и противоопухолевый препарат трастузумаб. Первое успешно охладили до минус 4 градусов по Фаренгейту, а второе выдержало температуру до минус 323 градусов по Фаренгейту.
Исследование, финансируемое Национальным научным фондом, было опубликовано в журнале Advanced Materials.
Исследование возглавили Джессика Крамер, доцент кафедры биомедицинской инженерии, и Томас МакПарлтон, аспирант в её лаборатории.
На протяжении десятилетий исследователи изучали встречающиеся в природе белки-антифризы, обнаруженные у некоторых полярных рыб, а также у некоторых насекомых и растений. Однако извлечение значимых количеств этих белков из живых организмов нецелесообразно для коммерческого использования. Кроме того, они подвержены загрязнению аллергенами.
Крамер и её коллеги попытались определить точные физические и химические свойства этих белков, которые отвечали за их способность предотвращать замерзание. Пара более ранних исследований, опубликованных в журналах Chemistry of Materials и Biomacromolecules, продемонстрировала структурные особенности, наиболее важные для встречающихся в природе белков.
«В конечном итоге мы упростили структуру, оставив только те части, которые, как мы думали, необходимы для антиобледенительной активности, что делает производство менее сложным и дорогим», — говорит Крамер.
«Несмотря на эти изменения, наше исследование показало, что наши имитаторы связываются с поверхностью кристаллов льда и подавляют их рост, как и естественные белки-антифризы», — говорит Крамер.
«А главное, — говорит МакПарлтон, — мы создаём эти имитаторы, используя только химию — без рыб или клеток».
В качестве доказательства концепции исследователи продемонстрировали, что имитационные молекулы нетоксичны для клеток человека, перевариваются ферментами кишечника человека и выдерживают нагревание — критический фактор для их потенциального использования в производстве продуктов питания. Они также провели тесты на чувствительные ферменты и антитела, показав, что имитаторы защищают их от повреждений, связанных с циклами замораживания-оттаивания.
«Мы также показали, что можем подавлять образование кристаллов льда в мороженом, что часто происходит при транспортировке или когда люди кладут картонку в морозильную камеру и достают её оттуда», — говорит Крамер.
Исследователи предполагают, что их имитационные молекулы найдут широкое применение: от продления срока хранения замороженных продуктов до улучшения условий хранения и транспортировки жизненно важных биологических препаратов.
Технология в настоящее время находится на стадии патентной заявки, и команда работает над тем, чтобы вывести свою инновацию на рынок через новую стартап-компанию Lontra Bio LLC, которая нацелена на коммерциализацию этих синтетических белков-антифризов.
Эти результаты опубликованы в журнале Advanced Materials.
Соавторы исследования представляют Университет Юты и Университет штата Бойсе.
Поддержка этой работы была оказана Национальным научным фондом.
Источник: Университет Юты.
Статья «Синтетический белок из крови рыб спасает мороженое от повреждения при заморозке» впервые появилась на сайте Futurity.