Ученые создали простой рецептор для связывания опасного токсина из плесневых грибов, поражающих зерно. Для этого авторы искусственно внедрили в структуру белка бычьего альбумина молекулярные «отпечатки пальцев» от вещества-аналога токсина. В результате белок смог распознать и связать природное соединение. Предложенный подход снизит стоимость и упростит создание тест-систем для выявления токсинов в зерне. Он также позволит разработать сорбенты для уменьшения вредного воздействия этого вещества на организм сельскохозяйственных животных и птиц. поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Microchimica Acta.
Авторы произведения. Источник: Наталия Бурмистрова.
Микроскопические грибы, заражающие злаковые культуры, такие как пшеница, уменьшают урожай и делают зерна несъедобными. Например, плесневые грибы некоторых родов Fusarium и Gibberella Производство микотоксина зеараледона вредно для репродуктивной системы сельскохозяйственных животных. Требуется контроль содержания этого вещества в зерне для домашней птицы и животных, а также в продуктах питания.
Для выявления микотоксинов применяют импринтированные белки — молекулы с «отпечатками пальцев» токсина. Для получения таких белков микотоксин временно связывают с белком в пробирке, и он оставляет на нём «отпечатки». После отсоединения микотоксина, белок может снова его узнавать и связывать. Такой белок можно использовать для оценки безопасности зерна.
Использование природного микотоксина для «обучения» белков обходится дорого и может быть потенциально опасно для исследователей, которые с ним работают. Университет имени Н.Г. Чернышевского в Саратове. (Саратов) предложилиЗаменить его на безопасный и коммерчески доступный аналог.
Ученые выбрали подходящую молекулу-аналог с помощью методов компьютерной химии. Для этого исследователи моделировали поведение белковой структуры в процессе импринтинга и анализировали ее связывание с веществами, подобными зеараленону. Соединение, показавшее лучшее связывание, использовали для получения белка с молекулярными «отпечатками пальцев», похожими на микотоксин. В качестве белка ученые выбрали бычий сывороточный альбумин, так как он, по результатам более ранних экспериментов, служит оптимальной матрицей для получения импринтированных белков, которые избирательно… связываются с микотоксином зеараленоном.
Химики синтезировали бычий сывороточный альбумин, модифицированный для связи с аналогом зеараленона.
С помощью этого белка покрыли наночастицы оксида кремния. Такой носитель благодаря пористой структуре эффективно связывает множество молекул белка, способных улавливать токсин.
Чтобы доказать способность наночастиц с бычьим сывороточным альбумином связывать природный микотоксин зеараленон, поместили их в пшеничный экстракт, искусственно зараженный этим токсином. Для сравнения такой же эксперимент провели с белком, который был «обучен» на природном микотоксине. Связывание оценили с помощью хроматографии, которая показала изменение количества свободного микотоксина в растворе. Использование аналога не уменьшило эффективность связывания зеараленона. Степень извлечения зеараленона из раствора составила 73% и 82% для белка, обученного с аналогом и природным микотоксином соответственно.
Авторы также подтвердили безопасность полученного рецептора для живых клеток, что открывает возможности применения материалов на его основе для связывания и нейтрализации микотоксинов в пищеварительном тракте сельскохозяйственных птиц и животных при добавлении сорбентов (наночастиц-носителей) в воду для поения.
Метод биоимпринтинга сократит цену тест-систем для обнаружения микотоксинов, сделав их более доступными. Эксперименты демонстрируют возможность повторного использования до 70% наночастиц, что повышает коммерческую эффективность материала. В будущем планируется модифицировать рецепторами новые нано- и микрочастицы; создание препарата для обезвреживания микотоксинов, который заинтересует агропромышленный комплекс России; разработка тест-систем для определения зеараленона. Руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Наталия Бурмистрова, доктор химических наук, профессор кафедры общей и неорганической химии СГУ имени Н.Г. Чернышевского, рассказывает.
Пресс-служба Российского научного фонда предоставила информацию и фотоматериалы.