Искусственный фермент имитирует естественный механизм детоксикации в клетках печени

Ученые из Университета Иоганна Гутенберга в Майнце (Германия) обнаружили, что наночастицы оксида молибдена(III) окисляют сульфит до сульфата в клетках печени по аналогии с ферментом сульфитоксидазой. Функционализированные наночастицы оксида молибдена могут пересекать клеточную мембрану и накапливаться в митохондриях, где они способны восстанавливать активность сульфитоксидазы.

Сульфитоксидаза — это молибденсодержащий фермент, расположенный в митохондриях клеток печени и почек. Он катализирует окисление сульфита до сульфата в процессе метаболизма белков и липидов и играет важную роль в клеточных процессах детоксикации. Недостаток функциональной сульфитоксидазы — редкое, но смертельное генетическое заболевание, вызывающее неврологические расстройства, умственную отсталость, физические деформации и деградацию мозга, что в конечном итоге приводит к преждевременной смерти. Различные диетические или медикаментозные методы лечения дефицита сульфитоксидазы имели умеренный успех.

Именно тот факт, что оксид молибдена входит в активный центр фермента, вдохновил команду ученых под руководством профессора Вольфганга Тремеля из Института неорганической химии и аналитической химии JGU, а также доктора Денниса Штранда и профессора Сюзанны Штранд из отделения внутренней медицины Медицинского центра Университета Майнца. Исследователи надеются, что эта работа может заложить основу для терапевтического применения наночастиц оксида молибдена(III) и, следовательно, новых возможностей лечения дефицита сульфитоксидазы.

Пониженный уровень сульфитоксидазы может вызывать проблемы со здоровьем даже у в остальном здоровых людей. Кроме того, сульфиты используются в качестве консервантов в пищевых продуктах, например, в красном вине, виноградном соке или маринованных овощах. Люди с низким уровнем сульфитоксидазы реагируют такими симптомами, как усталость, астма, падение уровня сахара в крови или головная боль.

Своим исследованием ученые из Майнца вступают в научно неизведанную территорию, поскольку на сегодняшний день существует всего несколько исследований ферментативно активных наночастиц. «Действительно удивительно, что простые неорганические наночастицы могут имитировать ферментативную активность», — заявил Рубен Рагг, первый автор исследования. В предыдущей работе профессор Вольфганг Тремель и его команда показали, что нанопроволоки из оксида ванадия обладают ферментативно индуцированной противообрастающей активностью, эффективно предотвращая обрастание судов морскими микроорганизмами. «Синтез искусственных ферментов, имитирующих основные и общие принципы природных ферментов, является давней целью химии», — добавил Тремель. Появляется все больше свидетельств того, что наночастицы могут действовать как миметики ферментов. Некоторые наноматериалы, как сообщалось, проявляют ферментоподобную активность, но отличительной чертой ферментативной химии является способность катализировать превращения в клетках в присутствии других конкурирующих реакций. Этого трудно достичь, так как требуется совместимость с другими клеточными реакциями, протекающими в аналогичных условиях и с аналогичными скоростями. Поэтому искусственные ферменты полезны не только для понимания механизма реакции природных ферментов, но и для будущего применения в качестве терапевтических агентов.

В то же время использование наночастиц молибдена имело бы несколько преимуществ. «Частицы оксида молибдена значительно дешевле и стабильнее, чем генетически произведенные ферменты», — добавил доктор Филипе Наталио, партнер по сотрудничеству из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге. Наталио занимается разработкой новых материалов, которые могут имитировать сложные структуры, встречающиеся в природе, объединяя широкий спектр экспертизы от материаловедения до биологии и химии. Следующие шаги проекта — проверить, можно ли сохранить ферментативную активность наночастиц в живых организмах.

Исследовательские группы получили поддержку в виде междисциплинарного гранта от Центра естественных наук и медицины JGU (NMFZ) и Центра выпускников Макса Планка (MPGC).