Žurnālā „Nature” publicētajā pētījumā ziņots par jauna veida biomolekulu radīšanu – magnētiski jutīgas fluorescējošas proteīnas (MFP), kas spēj mijiedarboties ar magnētiskajiem laukiem un radio viļņiem. Pētniecības komanda, ko vada Oksfordas Universitātes Inženierzinātņu departaments, ir pierādījusi, ka ir iespējams izstrādāt kvantu mehānisku procesu proteīnos, atverot durvis jaunai bioloģisko tehnoloģiju klasei, kas balstās uz kvantu fiziku.
Jauna veida biomolekula – magnētiski jutīgs fluorescējošs proteīns
Žurnālā „Nature” publicētajā pētījumā ziņots par jauna veida biomolekulu, magnētiski jutīgu fluorescējošu proteīnu (MFP) izveidi, kas spēj mijiedarboties ar magnētiskajiem laukiem un radio viļņiem. To panāk, izmantojot mehāniski kvantiskas mijiedarbības proteīna iekšienē, kas notiek, kad tas tiek pakļauts atbilstoša viļņa garuma gaismai.
Lai gan kvantu efekti jau iepriekš ir pierādīti kā būtiski dažiem bioloģiskiem procesiem (piemēram, putnu navigācijai), šī ir pirmā reize, kad tie ir izmantoti, lai radītu jaunu praktisku tehnoloģiju grupu. Tas iezīmē pārmaiņas: no kvantu efektu novērošanas dabā līdz to apzinātai izstrādei izmantošanai reālajā pasaulē.
Pētnieki jau izpēta šo tehnoloģiju pielietojumu biomedicīnā. Pētījuma ietvaros komanda izveidoja attēlveidošanas instrumenta prototipu, kas spēj lokalizēt modificētās proteīnas, izmantojot mehānismu, kas līdzīgs magnētiskās rezonanses (MR) mehānismam, ko plaši izmanto slimnīcās.
Tomēr, atšķirībā no MR, tas varētu izsekot konkrētas molekulas vai gēnu ekspresiju dzīvajā organismā. Šie mērījumi ir būtiski, lai risinātu medicīniskas problēmas, piemēram, mērķtiecīgu zāļu ievadīšanu un ģenētisko izmaiņu uzraudzību audzējos.
Lai radītu modificētās proteīnas, pētniecības komanda izmantoja bioinženierijas tehniku, kas pazīstama kā mērķtiecīga evolūcija. Šajā metodē proteīnu kodējošajā DNS sekvencē tiek ievadītas nejaušas mutācijas, radot tūkstošiem variantu ar mainītām īpašībām. No šīs kolekcijas tiek atlasīti varianti ar augstu veiktspēju, un process tiek atkārtots. Pēc vairākiem secīgiem vadītās evolūcijas cikliem izvēlētās proteīnas parādīja ievērojami uzlabotu jutību pret magnētiskajiem laukiem.
Lai sasniegtu šo progresu, bija nepieciešama ambicioza starpdisciplinārā pieeja, kas apvienotu pieredzi inženierijas bioloģijā, kvantu fizikā un mākslīgajā intelektā. Uzskata, ka šis pētījums ir pirmais, kurā šo jomu krustpunkts ir izmantots, lai radītu jaunu tehnoloģiju.
“Daba atrada risinājumu mums”
Gabriel Abrahams, raksta galvenais autors un inženierzinātņu nodaļas doktorants, aprakstīja darbu kā “ļoti aizraujošu atklājumu”. “Mani pārsteidz evolūcijas spēks: mēs vēl nezinām, kā no nulles izstrādāt patiesi labu bioloģisko kvantu sensoru, bet, rūpīgi vadot evolūcijas procesu baktērijās, daba atrada risinājumu mums.”
Pētījuma galvenais autors, Inženierzinātņu fakultātes asociētais profesors Harisons Stīls norāda: “Mūsu pētījums uzsver grūtības, kas saistītas ar prognozēšanu, kāds būs ceļš no fundamentālās zinātnes līdz tehnoloģiskajam progresam. Piemēram, mūsu izpratne par kvantu procesiem, kas notiek MFP, tika panākta tikai pateicoties ekspertiem, kuri desmitiem gadu ir veltījuši pētījumiem par to, kā putni orientējas, izmantojot Zemes magnētisko lauku.
