Věda

Revoluce ve svícení. Svítící enzym „luciferáza“ by mohl nahradit elektrické žárovky

Revoluce ve svícení. Svítící enzym „luciferáza“ by mohl nahradit elektrické žárovky

Žárovka už 140 let usnadňuje každodenní život přeměnou elektrické energie na světlo. Lze ji vůbec nahradit? Ano, lze…

Vědci Martin Marek a Martin Toul z Loschmidtových laboratoří, RECETOX, Přírodovědecké fakulty MUNI popsali inovativní a zároveň udržitelný způsob, jak svítit. Inspirací vědcům jsou organismy žijící na dně moří a oceánů se schopností produkce a emise „studeného“ světla, tzv. bioluminiscence.

O objasnění tohoto procesu se vědci z celého světa pokoušeli poslední čtyři desítky let, ale až brněnští vědci na ukázkovém organismu, jímž byl mořský korál renila fialový (Renilla reniformis), odhalili mechanismus svícení luciferázy, a molekulární podstatu mořského žahavce. Mohl by v budoucnu rozsvítit naše ulice…(?)

Pohled do katalytického centra Renilla luciferázy, kde dochází k vazbě luciferinu a jeho následné oxidaci, doprovázené emisí viditelného světla. Foto: MUNI SCI

Svítící revoluce

„Zdroje naší planety nejsou bezedné. Neustále se používají fosilní paliva, která obnovitelná nejsou, a jejich masivní používání má negativní dopady nejen na globální ekosystém, ale též na lidské zdraví,“ připomíná biolog Martin Marek.

„Luminiscenční enzymy by mohly být používány v našich každodenních životech, a nejen v laboratořích, kde se využívají běžně.“ Při svícení žárovkou se uvolňuje teplo, zatímco luciferázy teplo neuvolňují a dokážou energii velmi efektivně přeměnit na světlo. „Náš objev představuje svítící revoluci.“

Jak „vyladit“ enzym?

Brněnští vědci objasnili chemické kroky, které jsou klíčové v procesu bioluminiscence. Ukázali, kam a jak se v molekule enzymu váže energeticky bohatý substrát, tzv. luciferin.

Pomocí metod strukturní biologie a spektroskopických měření zmapovali enzymatickou oxidaci luciferinu a jeho přeměnu na energeticky bohatý meziprodukt, po jehož rozpadu a dekarboxylaci dochází k emisi viditelného modrého záblesku.

Díky pochopení tohoto procesu nyní vědci umí „ladit“ enzym tak, aby generoval světlo požadované vlnové délky a s cílenou délkou svícení.

Ukázka produkce studeného světla smícháním enzymu luciferázy a luciferinu ve zkumavce v laboratorních podmínkách. Foto: MUNI SCI

Budoucnost svícení

Pomocí metody rentgenové krystalografie se vědcům z Loschmidtových laboratoří podařilo svítící enzym zachytit přímo v akci. Ačkoliv byla struktura samotného enzymu již zmapována dříve, Martin Marek a Martin Toul pomocí metody rentgenové krystalografie dokázali tuto strukturu monitorovat i v okamžiku navázání luciferinu, jehož následnou chemickou přeměnou se generuje světlo.

A právě to jim umožnilo detailně popsat reakci, ke které v enzymu dochází. Při své práci metodami proteinového inženýrství též zrekonstruovali předka dnešního enzymu luciferázy renily fialové, a tak poodhalili tajemství jeho evoluce z původně nesvítících enzymů.

„Byla to hodinářská práce. Vyvinuli jsme z enzymu několik možných předků a následně jsme je porovnávali. Díky tomu jsme přesněji pochopili, jak se vyvíjeli jeden z druhého, a ve kterých aspektech se postupně zdokonalovali až do podoby dnešního enzymu s vysokou intenzitou emise světla,“ upřesnil Martin Toul proces hledání.

Aktuálně však před vědci stojí další výzkumná otázka, a to, jak dlouho dokáže enzym svítit bez přerušení. Doposud v laboratorních podmínkách luciferáza rozsvítila zkumavku na 48 hodin. „Omezením zde zůstává naše neznalost, jakým způsobem živé organismy syntetizují energeticky bohatý luciferin.

Tak, jako jaderný reaktor potřebuje palivo ve formě obohaceného uranu, tak i luciferázy pro svůj provoz potřebují palivo, a tím je právě onen luciferin,“ říká Martin Marek. Výzkumníci si osvojili metody, jak luciferiny syntetizovat chemicky v laboratoři, ale tento proces je pro praktické využití ekonomicky neefektivní.

„Musíme odhalit biosyntetické dráhy vedoucí ke tvorbě luciferinů a jejich recyklace v buňkách, abychom byli schopni sestrojit geneticky kódovaný a energeticky nezávislý zdroj světla,“ nastiňuje Martin Marek budoucí cesty výzkumu a hledání investorů, kteří by vývoj těchto technologií podpořili.

Ve světě se již vědci zabývají tím, jak využít bioluminiscenční organismy ke svícení, a zjištění brněnských vědců ve spolupráci s francouzskými kolegy umožní přenést tuto myšlenku do každodenního života.

Více z Věda

Jak se udržuje rozmanitost v přírodě? Na hledání odpovědí poskytne Evropa prestižní grant českému vědci

Věda3.2.2023

Saunování: Častou chybou je spojení odpočinku s plaváním v bazénu

Věda31.1.2023

Neuvěřitelná zpráva: Může lepra pomoci ke zdravým játrům?

Věda27.1.2023

Hudba je živou vodou pro mozek

Věda24.1.2023

Lexus NX: z 95 procent nové auto

Věda20.1.2023

Toyota pomůže japonským městům s obnovou po zemětřesení

Věda17.1.2023

Revoluce ve svícení. Svítící enzym „luciferáza“ by mohl nahradit elektrické žárovky

Věda13.1.2023

Kometa ZTF se vrací po 50 000 letech. Podívejte se na ni…

Věda10.1.2023

Vědci MENDELU chystají pro sídliště nový systém shromažďování potravinového odpadu

Věda6.1.2023
Věda
Časopis, který by vás mohl zajímat

Nenechte si ujít další zajímavé články

Jehněčí perkelt
tisicereceptu.cz

Jehněčí perkelt

Maďarská klasika, která nikdy neomrzí. I když si připadáte,...
Dolomitské hřebeny na skialpech
epochanacestach.cz

Dolomitské hřebeny na...

Opustíte-li ruch...
Nadechněte se zhluboka!
panidomu.cz

Nadechněte se zhluboka!

Dýchání je něco, co děláme automaticky a o čem příliš...
Nemocná žena v noci vydávala světlo!
enigmaplus.cz

Nemocná žena v noci vydávala...

Z hrudi pacientky v italské nemocnici po dobu...
Rozvod kvůli režisérově nevěře s kolegyní?
nasehvezdy.cz

Rozvod kvůli režisérově...

Už jedno manželství s...
Okouzlující vila s vodopádem
rezidenceonline.cz

Okouzlující vila s vodopádem

Kvalitní a komplexní návrh interiéru není pouze o...
Našel si Dyk opravdu mladší milenku?
nasehvezdy.cz

Našel si Dyk opravdu mladší...

Vypadá to, že manželství...
Prvotřídní dárek pro oba
iluxus.cz

Prvotřídní dárek pro oba

Moje Kredenc je pojmem gurmánské provozovny...
Průlom v léčbě koktavosti? Americká studie dává naději
21stoleti.cz

Průlom v léčbě koktavosti?...

Koktavost, nazývaná odborně balbuties či balbutismus, je...
Překročily jsme bludný balvan a zamířily mezi duchy
skutecnepribehy.cz

Překročily jsme bludný balvan...

K neznámým ženám, které se zjeví před vámi...
Podivné valy ve vymýceném pralese: Amazonie ukrývá geoglyfy z roku nula
epochaplus.cz

Podivné valy ve vymýceném...

Zvláštní obrazce na zemském povrchu budí...
První průmyslová revoluce: Těžba mědi zamořila životní prostředí
epochaplus.cz

První průmyslová revoluce: Těžba...

Průmyslovou revoluci máme vět spojenou s 19....