Квантовые белки открывают новую эру в биотехнологиях

Исследователи из Оксфордского университета впервые создали новый класс биомолекул, в которых можно инженерным способом управлять квантово-механическими процессами. Это открывает путь к созданию принципиально новых биотехнологий.

Учёные разработали магниточувствительные флуоресцентные белки (MFP), способные взаимодействовать с магнитными полями и радиоволнами. Этот эффект возникает благодаря квантовым взаимодействиям внутри белка при его освещении светом определённой длины волны.

Хотя квантовые эффекты ранее наблюдались в природе (например, в навигации птиц), это первый случай, когда их удалось целенаправленно создать для практического применения.

Применение в медицине

Одно из перспективных направлений — биомедицина. Команда уже создала прототип прибора для визуализации, который может отслеживать эти белки в живом организме с точностью, превосходящей стандартную МРТ. Технология позволит наблюдать за конкретными молекулами или экспрессией генов, что критически важно для целевой доставки лекарств и мониторинга опухолей.

Как создавали белки

Для создания белков использовали метод направленной эволюции. В ДНК, кодирующую белок, вносили случайные мутации, получая тысячи вариантов. Затем отбирали наиболее эффективные образцы и повторяли процесс. После многих циклов были получены белки с резко возросшей чувствительностью к магнитным полям.

Первый автор исследования, аспирант Габриэль Абрахамс, отметил: «Это невероятно захватывающее открытие. Меня поражает сила эволюции: мы пока не знаем, как с нуля спроектировать идеальный биологический квантовый сенсор, но, осторожно направляя эволюционный процесс в бактериях, Природа нашла для нас путь».

Старший автор работы, доцент Харрисон Стил, добавил: «Наше исследование подчёркивает, как сложно предсказать извилистый путь от фундаментальной науки к технологическому прорыву. Например, наше понимание квантовых процессов внутри MFP стало возможным только благодаря экспертам, десятилетиями изучавшим, как птицы ориентируются по магнитному полю Земли».

Сейчас команда ускоряет работу по реализации приложений своего открытия и дальнейшему изучению квантовых эффектов в природе.