Ученые Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) и Дальневосточного отделения (ДВО) РАН создали молекулярную систему, способную обнаружить сероводород в растворах в концентрации 1:1 000 000 000. Созданный учеными белковый комплекс с биополимерной пленкой может применяться не только для экологического мониторинга природных вод, но и в биомедицинских исследованиях. Перспективная разработка поддержана грантами Российского научного фонда и президента России для молодых ученых.
Фото: www.dvfu.ru
«В ходе экспериментов мы создали люминесцентную сенсорную систему на основе белковых комплексов, сформированных путем внедрения в биополимерную матрицу химически связанных люминофора CY3 и белка миоглобина», — рассказал сотрудник Школы естественных наук ДВФУ и Института автоматики и процессов управления (ИАПУ) ДВО РАН Александр Сергеев. По его словам, новая биосенсорная система способна регистрировать сероводород в концентрациях от 100 пикомоль, при этом биополимерная пленка начинает светиться, сигнализируя о наличии молекул сероводорода в исследуемой среде.
Сероводород является продуктом метаболизма живых организмов и разложения органики. Определение его малых концентраций имеет важное практическое значение для экологического мониторинга морских и пресноводных акваторий, объектов марикультуры и водозаборных и очистных сооружений. Но для этих целей достаточно чувствительности биотестирующей системы на уровне нескольких молекул сероводорода на миллион молекул воды. А чувствительность молекулярного биосенсора дальневосточных ученых на три порядка выше: биолюминофор начинает светиться при присутствии нескольких молекул сероводорода в миллиарде молекул воды.
Это позволяет расширить применение новой биосенсорной системы в область биомедицинских исследований. Сероводород относится к так называемым эндогенным газам, которые образуются в микроколичествах внутри клеток нашего организма. Он один из трех известных на сегодня газов-трансмиттеров (наряду с окисями азота и углерода), которые выполняют сигнальные функции при запуске и регуляции многих физиологических и биохимических процессов в организме. Например, эндогенный сероводород повышает в центральной нервной системе NMDA-опосредованную нейротранмиссию и стимулирует долговременную память. Он же обладает и спазмолитическим свойством, расслабляя гладкие мышцы, и считается одним из важных молекулярных кардиопротекторов, защищающих организм от сердечно-сосудистых заболеваний. А последние исследования эндогенного сероводорода показали его перспективность в терапии эректильной дисфункции.
Биосенсорная система дальневосточных ученых, имея очень высокую чувствительность, открывает новые возможности для более детального исследования этих и других биохимических процессов в организме человека с участием сероводорода в очень низких концентрациях. Сейчас биосенсор проходит испытания в лабораториях физических методов мониторинга природных и техногенных объектов ИАПУ ДВО РАН, лаборатории биоинженерии Центре биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии ДВО РАН и лаборатории аналитической лазерной спектроскопии ДВФУ.
За последние годы ученые ДВФУ и ДВО РАН стали авторами уже нескольких разработок, которые позволяют определять наличие низких концентраций биологически активных веществ, в частности, люминесцентные хемосенсоры аминов и аммиака, новые методы обнаружения ионов металлов в водных растворах и другие.
Сергей Петухов