Меняем хрен на табак, а табак - на кишечную палочку

Запрограммировать кишечную палочку Esherihia coli на производство нужного фермента, пероксидазы табака, смогли ученые с кафедры химической энзимологии химфака МГУ им. М.В. Ломоносова. Как заведенная будет теперь эта бактерия вырабатывать фермент, позволяющий в тысячу раз поднять чувствительность сенсоров на фенолы по сравнению с известными "хреновыми" сенсорами - то есть определяющими концентрацию фенолов с помощью пероксидазы из корней хрена.

Важнейшая часть таких биосенсоров - электрод (он может быть как золотым, так из простого графита), на который нанесен слой фермента, той самой пероксидазы, источник которой, как выяснилось, имеет огромное значение. Именно фермент в конечном итоге способствует тому, что при появлении в растворе молекул перекисей или фенолов на электроде происходит выделение или поглощение электронов - результат окислительно-восстановительных реакций с участием фермента. Величина регистрируемого тока позволяет количественно проанализировать пробу, установив содержание в ней искомых веществ.

До сих пор для подобных электродов традиционно использовали пероксидазу из корней хрена - фермент, реагирующий с пероксидами (перекисями). В принципе это понятно - хрена у нас сколько угодно, так что сырье это доступно и недорого. Но как реагент такая пероксидаза оставляет желать много лучшего. Неважная это перокидаза - капризная. В кислых и щелочных средах работать отказывается, в присутствии перекиси водорода быстро теряет свою активность, да и сенсоры на ее основе получаются не очень чувствительные. Хотя идея хороша - анализ проходит быстро, да и дополнительных реагентов не требует.

Может быть, с другими ферментами сенсор получится лучше? Этот вопрос задали себе университетские энзимологи и решили проверить другие пероксидазы - из листьев табака и самых разных пальм - королевской, финиковой и африканской масличной. Выделили эти ферменты и проверили их рабочие качества - во-первых, чувствительность определения с их помощью перекиси водорода и фенолов, а во-вторых - устойчивость в условиях анализа.

Оказалось, что огромная работа, участие в которой принимали три научных коллектива, возглавляемых профессорами Владимиром Тишковым, Ириной Газарян и Иваном Сахаровым, проведена не зря! Выделенные ферменты оправдали ожидания ученых - продемонстрировали устойчивую и высокую активность по отношению к объектам исследования, перекисям и фенолам. Но в качестве сырья листья табака и пальм явно проигрывали корням хрена, который растет везде, ничего не требует и по жизнестойкости приближается к сорнякам. Поэтому решено было научиться синтезировать нужные ферменты в лаборатории, с помощью новейших методов биотехнологии - генной инженерии.

"Если не вдаваться в детали, суть в том, что мы встроили в клетку E.coli, одного из самых популярных и изученных объектов исследований генных инженеров, тот участок ДНК, который отвечает за синтез пероксидазы в листьях табака,- объясняет один из руководителей работы Владимир Иванович Тишков. Иными словами, мы клонировали ген пероксидазы табака и экспрессировали (т.е. синтезировали) его в больших количествах в клетках E.coli. Это процедура не простая, но уже хорошо отработанная. Далее исследователи научились связывать (по-научному, иммобилизовать) молекулы фермента на поверхности золотого электрода в виде ориентированного монослоя. В результате были созданы биосенсоры, которые при определении фенолов и пероксидов были в тысячу раз более чувствительны по сравнению с традиционными биосенсорами, в которых использовалась пероксидаза из корней хрена. Кроме того, новые биосенсоры оказались гораздо более устойчивыми. Они стабильно работают не только в нейтральных, но и кислых растворах, а также имеют более продолжительный период работы".

Пока работа, провести которую исследователям помогли гранты Европейского Сообщества и РФФИ, позволила авторам создать лабораторные образцы сенсоров и проверить их эффективность. В 2005 году эта разработка была удостоена золотой медали V Московского международного салона инноваций и инвестиций Ученые уверены в том, что при соответствующей финансовой поддержке вполне возможно и крупномасштабное производство сенсоров, вложение в которое, по оценке авторов, окупится менее чем за три года.

Доп. информация:
Москва, МГУ им. М.В. Ломоносова, химический факультет,
доктор химических наук, профессор Владимир Иванович Тишков,
тел (495) 939-3208, факс (495) 939-2742, (495) 939-5417, vit@enzyme.chem.msu.ru

От редакции:
Еще одну дополнительную информацию о пероксидазе хрена можно прочитать в статье, с которой на нашем сайте начала свое существование рубрика "Перловка" :)

Интернет-журнал "Коммерческая биотехнология" http://www.cbio.ru/ по материалам агентства "Информнаука"