Ученые из RIKEN под руководством Кеничиро Итами совершили неожиданный прорыв: они превратили насекомых в мини-фабрики по производству молекул. Этот метод, названный «синтезом внутри насекомых», открывает новые возможности для создания и модификации сложных соединений, включая наноуглероды.

Наноуглероды — крошечные структуры из атомов углерода, которые могут быть прочными, проводить ток и даже светиться. Их можно использовать в авиакосмической промышленности, легких батареях и электронике. Но проблема в том, что их очень сложно собирать в лаборатории — требуется ювелирная точность.

Результаты опубликованы в издании Science.

Мы долго изучали наноуглероды, а потом подумали: а что, если скормить их насекомым? — рассказывает Итами.

Звучит странно, но у этой идеи есть биологическая основа. Насекомые, особенно травоядные, вроде гусениц и кузнечиков, умеют разлагать токсины и пестициды благодаря особым ферментам. Ученые предположили, что эти же ферменты смогут модифицировать наноуглероды.

Эксперимент провели на гусеницах совки — вредителе, который быстро перерабатывает пестициды. Им скормили молекулу [6]MCPP, похожую на пояс. Через два дня в их экскрементах обнаружили новое вещество — [6]MCPP-оксилен, который приобрел способность светиться.

Анализ показал, что за превращение отвечают два фермента — CYP X2 и X3. Компьютерное моделирование выявило удивительный механизм: эти ферменты могут связывать две молекулы [6]MCPP и встраивать в них атом кислорода.

В лаборатории такое повторить почти невозможно — реакции либо не идут, либо дают мизерный выход, — объясняет Итами.

Это исследование открывает новое направление в материаловедении: создание функциональных молекул с помощью живых организмов. В будущем, используя генное редактирование, можно будет модифицировать самые разные вещества.

Совка — злостный вредитель, но в нашем проекте она стала не врагом, а неожиданным помощником, — говорит Итами.

Польза исследования

• Биохимический синтез — насекомые могут выполнять сложные реакции, недоступные в лаборатории.
• Новые материалы — метод упростит создание наноуглеродов для электроники и медицины.
• Экологичность — снижение использования токсичных реагентов.
• Фундаментальные открытия — ферменты насекомых могут стать основой для новых катализаторов.

Пока метод работает только с одним типом молекул, и масштабирование под вопросом: выращивать гусениц для промышленного синтеза неэффективно. Кроме того, выход продукта низкий — нужна оптимизация.

Ранее ученые заявили, что мотылькам изменение климата не страшно.