Команда исследователей под руководством Кенитиро Итами из Института пионерских исследований RIKEN (PRI) и Центра науки об устойчивых ресурсах RIKEN (CSRS) представила новую технологию — синтез сложных молекул внутри насекомых. Работа опубликована в авторитетном научном журнале Science.
Метод, названный «синтезом внутри насекомых», предлагает использовать насекомых как живые фабрики для производства и модификации молекул, в частности, молекулярных наноуглеродов. Наноуглероды — это сверхмалые структуры из атомов углерода, которые обладают уникальными свойствами, например, высокой прочностью, способностью проводить электрический ток и светиться. Эти качества делают их перспективными для применения в аэрокосмической технике, легких аккумуляторах и современной электронике.
Традиционные лабораторные методы не всегда могут точно управлять процессом создания таких сложных молекул. Особенно сложно сохранять их форму при химических преобразованиях. Исследователи обратились к биологии — насекомые, например, гусеницы, способны метаболизировать сложные вещества с помощью ферментов, которые проводят химические реакции с высокой точностью.
В эксперименте гусениц табачной совки кормили наноуглеродом, известным как [6]MCPP. Уже через два дня в помете гусениц была обнаружена новая молекула — MCPP-оксилен, содержащая атом кислорода и обладающая флуоресцентными свойствами. Анализы с использованием масс-спектрометрии, ядерного магнитного резонанса и рентгеновской кристаллографии подтвердили структуру молекулы.
Дальнейшее исследование выявило два фермента — CYP X2 и X3, которые отвечают за химическую трансформацию. Генетический анализ показал, что эти ферменты необходимы для реакции окисления, которую крайне трудно воспроизвести в пробирке. Компьютерное моделирование объяснило, как ферменты одновременно связывают молекулы и внедряют кислород в углерод-углеродную связь — редкий и новый механизм.
Такой подход, основанный на живых системах, открывает новый путь в создании функциональных молекул. В будущем он может быть расширен с помощью генного редактирования и направленной эволюции для создания разнообразных новых материалов и химических соединений.
Удивительно, что насекомые, которых обычно считают вредителями, в этом проекте выступили как неожиданные помощники ученых. Если насекомые могут превращаться в миниатюрные фабрики по производству молекул, то почему бы не рассмотреть, как климат влияет на их внешний вид? Оказывается, даже форма крыльев у ночных мотыльков зависит от того, насколько тепло вокруг — об этом вы можете узнать в другой статье.