Ожог при заморозке — это достаточно неприятная проблема, особенно когда речь идёт о мороженом. Но крошечные зазубренные кристаллы льда создают проблемы не только для десертов. Если хранить продукты в замороженном виде слишком долго, частицы льда начинают разрушать клеточные структуры в биологически полученных лекарствах, таких как препарат для лечения рака трастузумаб.
Этот жизненно важный препарат создан из моноклональных антител, нацеленных на ген HER2, который часто активируется на ранних стадиях рака молочной железы. Однако те же низкие температуры, которые разрушают важные лекарства вроде трастузумаба, не проблема для полярных рыб. Миллионы лет эволюции снабдили такие виды, как полярная треска (Boreogadus saida), особыми белками, которые предотвращают свёртывание крови, когда рыба плавает в ледяной воде.
Исследователи безуспешно пытались использовать антиобледенительные свойства этих полипептидов, но прямое извлечение соединений из рыбы слишком затратно и не масштабируемо. Однако, согласно исследованию, финансируемому Национальным научным фондом США, опубликованному в журнале Advanced Materials, учёные из Университета Юты, возможно, наконец-то разгадали код полярной трески.
«Самое приятное то, что мы создаём эти имитации, используя только химию — без рыбы или клеток», — заявил биохимический инженер и соавтор исследования Томас МакПарлтон.
Команда учёных сделала прорыв, основываясь на своей предыдущей работе, в ходе которой были определены возможные химические и физические компоненты, ответственные за устойчивость рыбьего белка к замерзанию. Затем исследователи экспериментировали с удалением ненужных молекулярных секций, чтобы остались только антикоагулянтные аспекты.
«В итоге мы упростили структуру, оставив только те части, которые, по нашему мнению, необходимы для антиобледенительной активности, что делает производство менее сложным и дорогим», — объяснила соавтор исследования Дженнифер Крамер. «Несмотря на эти изменения, наше исследование показало, что наши имитации связываются с поверхностью кристаллов льда и подавляют их рост, как и естественные антиобледенительные белки».
Чтобы протестировать созданные в лаборатории полипептиды, Крамер, МакПарлтон и их коллеги обратились к жертве ожога при заморозке — мороженому. После добавления полипептидов десерт мог выдерживать температуры до −4 °F (примерно −20 °C) до порчи. В случае с трастузумабом лекарство выдержало падение температуры до −323 °F (примерно −197 °C).
Однако любой искусственный белок, имитирующий рыбью кровь, хорош настолько, насколько он безопасен. Есть причина, по которой антифриз для двигателей, изготовленный из этиленгликоля, не продаётся в отделе замороженных продуктов. На втором этапе испытаний команда показала, что их разработка не только нетоксична для клеток человека, но и пригодна для употребления. Полипептиды даже устойчивы к повторному нагреву, что является важным аспектом в производстве продуктов питания.
Помимо медицины и пищевой промышленности, новая синтетическая добавка может найти применение и в других областях.
«Сообщаемые здесь антиобледенительные полипептиды получены из ультрадешёвых материалов относительно быстрым и экологичным способом, что делает их привлекательными для широкого применения в биомедицине, пищевой промышленности, сельском хозяйстве, производстве покрытий и многом другом», — написали авторы исследования.
Теперь, когда их последние открытия опубликованы, команда работает над патентованием своего изобретения. Затем предстоит масштабировать производство, чтобы удовлетворить столь необходимый спрос — без использования рыбы.