Istraživački tim predvođen Odjelom za inženjerske znanosti Sveučilišta u Oxfordu (UK) pokazali su da je moguće konstruirati kvantno mehanički proces unutar proteina, otvarajući put novoj klasi kvantno utemeljenih bioloških tehnologija.
Znanstvenici stvaraju magnetski osjetljive „kvantne“ proteine: proboj za buduće snimanje i medicinu.
Studija, objavljena u časopisu „Nature“, izvještava o stvaranju nove klase biomolekula, magnetosenzitivnih fluorescentnih proteina (ili MFP-ova), sposobnih za interakciju s magnetska polja i radiovalovi To je moguće zahvaljujući kvantno-mehaničkim interakcijama unutar proteina, koje se događaju kada je izložen svjetlosti odgovarajuće valne duljine.
Iako je prethodno pokazano da su kvantni efekti temeljni za neke biološke procese (poput navigacije kod ptica), ovo je prvi put da su konstruirani kako bi stvorili novu obitelj praktičnih tehnologija. Ovo označava pomak od opažanje kvantnih efekata u prirodi njihovom namjernom dizajnu za upotrebu u stvarnom svijetu.
Istraživači već istražuju primjenu ovih tehnologija u biomedicini. Kao dio studije, tim je stvorio prototip alata za snimanje sposobnog locirajte modificirane proteine putem mehanizma sličnog magnetskoj rezonanciji (MRI), koja se široko koristi u bolnicama.
Međutim, za razliku od magnetske rezonancije, mogao bi pratiti specifične molekule ili ekspresiju gena u živom organizmu. Ova mjerenja su ključna za rješavanje medicinskih izazova poput ciljane isporuke lijekova i praćenja genetskih promjena u tumorima.
Za generiranje modificiranih proteina, istraživački tim koristio je tehniku bioinženjeringa poznatu kao usmjerena evolucija. U ovoj metodi, nasumične mutacije se uvode u DNA sekvencu koja kodira protein, stvarajući tisuće varijanti s promijenjenim svojstvima. Iz ove kolekcije odabiru se visokoučinkovite varijante i proces se ponavlja. Nakon brojnih uzastopnih ciklusa usmjerene evolucije, odabrani proteini pokazali su osjetljivost na magnetska polja značajno poboljšano.
Postizanje ove prekretnice zahtijevalo je ambiciozan interdisciplinarni pristup koji je kombinirao stručnost u biološkom, kvantnom i inženjerstvu umjetne inteligencije. Vjeruje se da je ova studija prva koja iskorištava njihovo presjekivanje za stvaranje nove tehnologije.
„Priroda je pronašla rješenje za nas“
Gabriel Abrahams, prvi autor rada i doktorand na Odjelu za inženjerske znanosti, opisao je rad kao „izuzetno uzbudljivo otkriće“.Ono što me zadivljuje je moć evolucijeJoš ne znamo kako od nule dizajnirati uistinu učinkovit biološki kvantni senzor, ali pažljivim vođenjem evolucijskog procesa u bakterijama, priroda je pronašla rješenje za nas.
Glavni autor studije, izvanredni profesor Harrison Steel s Odjela za inženjerske znanosti, napominje: „Naša studija ističe teškoća predviđanja mukotrpnog puta koji vodi od fundamentalne znanosti do tehnološkog napretka Na primjer, naše razumijevanje kvantnih procesa koji se odvijaju unutar MFP-ova postalo je moguće samo zahvaljujući stručnjacima koji su desetljećima proučavali kako se ptice kreću koristeći Zemljino magnetsko polje.
U međuvremenu, proteini koji su poslužili kao polazna točka za inženjering MFP-ova potječu od obične zobi.” Nakon uspjeha ovog projekta, tim sada ubrzava rade na ostvarenju mnogih primjena njegovog otkrića i poboljšanju našeg razumijevanja kvantnih učinaka u prirodi kao dio velikog nedavnog BBSRC projekta koji vodi Oxfordski odjel za kemiju.
