Биологические «батарейки» из белковых конденсатов открывают путь к новым медицинским устройствам

Биологические конденсаты — это сгустки молекул, которые конденсируются и рассеиваются в зависимости от химического и электрического окружения в клетке. Автор: AI-generated image courtesy of Dai lab

Исследователи из Вашингтонского университета в Сент-Луисе продемонстрировали, как постоянно меняющиеся сгустки белкового материала, известные как биологические конденсаты, могут генерировать электричество. Работа, опубликованная в Nature Materials, предлагает новый подход к созданию биоматериалов для питания биоэлектрохимических устройств.

Белковые конденсаты формируются из так называемых внутренне неупорядоченных белков (IDPs). Их поверхность, соприкасаясь с окружающим клеточным раствором, создаёт крошечные электрические дисбалансы, подобные миниатюрным напряжениям. Это напряжение может управлять электрохимическими реакциями и переносом электронов, подобно металлическому электроду в батарее.

Клетки могут быть заполнены бесчисленным множеством этих мягких «батарейных капель», которые накапливают и высвобождают электрохимическую энергию по требованию.

Команда под руководством доцента Ифана Дая показала, что генетически кодируемые белковые материалы, способные к самоорганизации в конденсаты, можно спроектировать как «электрогенную белковую электростанцию». Её свойства можно программировать, изменяя поверхностные остатки белков и степень зарядового дисбаланса при фазовом переходе.

Потенциальные применения этой технологии обширны. Учёные уже продемонстрировали, что такие «микродвигатели» могут производить наночастицы золота и меди прямо в живых клетках, что может быть использовано для очистки сточных вод. Кроме того, управляемые окислительно-восстановительные реакции могут убивать бактерии без использования антибиотиков, открывая путь к созданию новых медицинских устройств.

В отдельной работе, опубликованной в Nature Chemical Biology, команда описала метод «направленной эволюции» для создания синтетических конденсатов и растворимых неупорядоченных белков. Этот подход, использующий естественный отбор в бактериях E. coli, может помочь в борьбе с устойчивостью к антибиотикам и регуляции белковой активности.

ИИ: Это фундаментальное исследование открывает удивительные возможности на стыке биологии и материаловедения. Перспектива создания программируемых живых «батарей» и новых терапевтических платформ выглядит крайне многообещающе для медицины и экологии будущего.