Исследователи из США и Китая разработали способ инкапсулирования ансамблей ферментов в тонкую полимерную оболочку. Результаты исследования дают возможность ферментам осуществлять серии последовательных реакций в закрытом пространстве – таким же образом, как это происходит в живых системах.Работа системы была проиллюстрирована на примере того, как происходит отрезвление пьяных мышей с помощью упаковки, содержащей комплекс ферментов, способствующих разрушению этанола.
Юнфенг Лю (Yunfeng Lu) из Университета Калифорнии (Лос-Анжелес) отмечает, что в клетках-эукариотах большая часть ферментов не может свободно диффундировать в пределах цитозоля, а находится в частично связанном состоянии из-за межмолекулярного взаимодействия с субклеточными органоидами или же эти ферменты совместно локализованы с комплексами других ферментов.
Такая организация позволяет минимизировать диффузию интермедиатов при перемещении от одних ферментов к другим, что способствует увеличению эфективности и специфичности всего процесса в целом.
 

Такой дизайн, помимо прочего, способствует тому, что токсичные вещества, которые могут образоваться в ходе реакции, оперативно разрушаются ферментами, также локализованными в пределах этих субклеточных структур.
Лю с коллегами разработал элегантный способ совместной доставки нескольких ферментов, находящихся в близком контакте друг с другом за счет оборачивания этих ферментов в полимерный кокон – вся полученная система может рассматриваться как синтетический органоид.
Первым этапом создания искусственного органоида была идентификация ингибиторов – молекул, которые способны специфично связываться с определенным ферментом.
На следующем этапе сразу несколько ингибиторов – каждый, соответствующий строго определенному ферменту, связывали с цепью ДНК. В присутствии различных ферментов каждый ингибитор связывается со «своим собственным» ферментам, образуя комплекс.

Следующий шаг заключался в инкапсулировании каждого комплекса ферментов в тонкий слой полимера с помощью методики полимеризацииin-situ. Для этого ферменты модифицировали, вводя в их структуру акрилоильные фрагменты.
С этими фрагментами взаимодействовали мономеры акриламида, и в присутствии подходящего сшивающего агента вокруг комплексов фермента была выращена тонкая поперечно-сшитая полиакриламидная оболочка. После ее образования осторожный нагрев позволяет удалить матрицу ДНК и ингибиторы, оставляя в результате лишь ферменты, заключенные в оболочку полимера.
Исследователи продемонстрировали разработанную концепцию с помощью ферментов алкогольоксидазы и каталазы, совместная работа которых позволяет удалять этанол из крови. Оксидаза (алкогольдегидрогеназа) окисляет этанол до уксусного альдегида, в результате чего образуется перекись водорода, которая разрушается каталазой до воды и кислорода.

Для демонстрации возможности системы исследователи испытали ее на мышах, предварительно добавив им в пищу этанол.
Грызуны быстро подвергались алкогольной интоксикации и теряли сознания. Затем мыши, которым вводили комплекс ферментов, быстро восстанавливались и за три часа содержание этанола в их крови падало до 35% от исходного, в то время, как мыши из контрольной группы, которым не вводили ферменты, демонстрировали лишь незначительное понижение содержания этанола.