Elektrická pole by v budoucnu mohla umožnit přesně a vratně ovládat chování proteinů, které zajišťují většinu důležitých procesů v živých buňkách. Dosud nejucelenější přehled poznatků v této oblasti připravil tým z Ústavu fotoniky a elektroniky Akademie věd ČR společně s kolegy z univerzit v Římě, Dublinu a Uppsale.
Výsledná studie ukazuje, že vhodně nastavené elektrické pole může bezdotykově měnit tvar, pohyb a funkci bílkovin. Metoda přitom nepotřebuje chemickou látku a nabízí okamžitou odezvu. Praktické využití však závisí na tom, zda vědci přesně pochopí všechny přímé i nepřímé mechanismy působení.
Proteiny zajišťují základní procesy života
Proteiny stojí za trávením, přenosem signálů v mozku, pohybem svalů i obranou organismu. Jejich funkce úzce souvisí s trojrozměrným tvarem a s tím, jak se molekuly pohybují nebo vzájemně propojují.
Hlavní autor studie Michal Cifra přirovnává možný princip k přepínání světla vypínačem. Správně zvolené pole by mohlo chování bílkovin měnit řízeně a vratně. Takový přístup otevírá možnosti od šetrnějšího zpracování potravin přes nové formy elektrostimulace až po rychlé zobrazování biomolekul a bionanotechnologická zařízení.
Rozhoduje i voda a ionty v okolí
Působení elektrického pole není jednoduché. Pole může protein ovlivnit přímo, velkou roli ale mají také molekuly vody a ionty rozpuštěné v buněčném prostředí. Výsledná reakce proto nemusí odpovídat jen vlastnostem samotné bílkoviny.
Výzkumníci potřebují určit, kudy se účinek pole přenáší a jakou roli hraje jeho tvar, frekvence a intenzita. Teprve potom bude možné navrhovat podmínky, které vyvolají požadovanou změnu a současně zabrání vedlejším reakcím.
Vědci zkoumají molekulární motory
Český tým se nyní zaměřuje na motorické proteiny. Ty převádějí chemickou energii uloženou v ATP na mechanickou práci a umožňují například pohyb buněk nebo transport uvnitř nich.
U motorických proteinů lze účinek elektrického či elektromagnetického pole sledovat podle změny jejich polohy. To vědcům poskytuje přímý způsob, jak zkoumat nanomechanické působení a ověřovat, zda je možné funkci molekul řídit.
Cílem jsou obecná pravidla
Další výzvou je vytvořit obecná fyzikální pravidla, podle kterých by bylo možné už ze struktury proteinu předpovědět jeho reakci na vnější elektrické pole. Takový model by výrazně urychlil návrh budoucích aplikací a omezil nutnost zkoušet každý protein pouze metodou pokusu a omylu.
Přehledová práce byla nejprve zveřejněna online a časopis Chemical Society Reviews ji následně zařadil do tištěného vydání i na titulní stranu. Studie tak shrnuje současný stav oboru, ale zároveň upozorňuje, že cesta od laboratorních experimentů k běžnému využití vyžaduje další výzkum.
Pokud se podaří účinky elektrických polí přesně předvídat, mohla by metoda nabídnout nový nástroj pro práci s biologickými molekulami bez chemických zásahů a s velmi rychlou odezvou.
