Cookie Consent by Free Privacy Policy website

Online informace pro lékárny



NAHRADÍ ŽÁROVKY LUCIFERIN?



Některé živé organismy, asi nejvíce známé světlušky nebo houby zajišťující efekt rozsvícených pařezů, jsou schopné procesu bioluminiscence. Jedná se o vyzařování světla díky oxidaci pigmentu luciferinu za přítomnosti enzymu luciferázy. Při této reakci se vyzařuje až 96 % energie ve formě světla a zbytek pak ve formě tepla. Přeměna energie je tedy velmi efektivní, což již několik desetiletí nedá vědcům spát. Zejména, pokud se zásoby fosilních paliv tenčí a energie je stále dražší.

Brněnští vědci z Loschmidtových laboratoří RECETOX na Přírodovědecké fakultě MUNI popsali inovativní a zároveň udržitelný způsob, jak svítit. Objasnili doposud tajemstvím zahalený mechanismus svícení luciferázy mořského žahavce renily fialové. Svůj výzkum publikovali v online měsíčníku Nature Catalysis.

Ukázka produkce studeného světla smícháním enzymu luciferázy a luciferinu ve zkumavce v laboratorních podmínkách. 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.

Obr. Tisková zpráva Recetox, MUNI

 

V 19. století se Thomas Edison nebál experimentovat a jeho vědecké bádání ho přivedlo k vynálezu žárovky, která způsobila technickou revoluci. Avšak současná energetická krize lidstvo nutí hledat jiné způsoby svícení, které by byly udržitelné a zároveň nezatěžovaly životní prostředí. Inspirací vědcům jsou organismy žijící na dně moří a oceánů se schopností produkce a emise „studeného" světla, tzv. bioluminiscence. Brněnští vědci Martin Marek, Martin Toul a Andrea Schenkmayerová z Loschmidtových laboratoří, ve spolupráci s dalšími vědeckými kolegy, popsali proces svícení enzymy, tzv. luciferázami, a také detailně vysvětlili jeho mechanismus. O objasnění tohoto procesu se vědci z celého světa pokoušeli poslední čtyři desítky let, avšak až brněnští vědci na ukázkovém organismu, jímž byl mořský korál Renilla reniformis, odhalili jeho molekulární podstatu.

„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. Luminiscenční enzymy by mohly být používány v našich každodenních životech, a nejen v laboratořích, kde se využívají běžně. A právě tím, že jsme detailně zmapovali bioluminiscenční proces na molekulární úrovni, jsme k tomu zase o několik kroků blíže. Při svícení žárovkou se uvolňuje teplo, zatímco luciferázy teplo neuvolňují a dokážou energii velmi efektivně přeměnit na světlo. Náš objev představuje svítící revoluci," říká Ing. RNDr. Martin Marek, Ph.D., vedoucí výzkumné skupiny Strukturní biologie v Loschmidtových laboratořích, RECETOX. 

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. 

Pomocí metody rentgenové krystalografie se vědcům z Loschmidtových laboratoří podařilo svítící enzym zachytit přímo v akci. Ačkoliv byla struktura samotného enzymu již zmapována dříve, nově brněnští vědci 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. To nám nyní umožní posouvat nové luciferázy ještě dále a jejich svícení ještě více zefektivnit," upřesnil RNDr. 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. My jsme 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.

Zdroj: Tisková zpráva MUNI


Literatura:
1. Schenkmayerová, A., Toul, M., Pluskal, D. et al. Katalytický mechanismus pro luciferázy typu Renilla . Nat Catal (2023). https://doi.org/10.1038/s41929-022-00895-z 

Věděli jste, že...

  • Luciferin světlušek vypadá jinak než luciferin měkkýšů nebo bakterií? Různé organismy tak poskytují rozdílné podmínky pro reakci, čímž je ovlivněna barva vyzářeného světla a jeho intenzita.
  • U světlušek svítí samečci i samičky a slabě mohou svítit i vajíčka a larvy?
  • Většina lumineskujících organismů žije v mořích a ve většině případů emitují fialovo-modré světlo?
  • Renilla reniformis je korál ve tvaru listu, kterému se také přezdívá „mořská maceška"?
  • Modré světélkování moří vyvolává řasa svítilka (Noctiluca)?

Zpět

ATRAKTIVNÍ TÉMATA BŘEZNOVÉHO ON-LINE KONGRESU

První letošní akreditovanou akcí pro lékárníky a farmaceutické asistenty je VIII. 3D 360° kongres Healthcomm Professional – Berlin, v jehož on-line prostředí můžete studovat přednášky od 13. března 2024 až do 14. dubna 2024. Registrace je dostupná prostřednictvím tlačítka "Přihlášení" na webu www.healthcomm.cz v sekci „ONLINE AKCE“. Máte možnost vybrat si mezi slovenskou nebo českou registrací. S registrací vám také pomůže manuál, který naleznete v článku na Magazínu: NOVÉ STRÁNKY HEALTHCOMM PROFESSIONAL. Kongres bude spuštěný online na dobu 30 dní, a odborný obsah bude akreditován u ČLnK, ČKFA, SKMTP a POUZP. Velkým lákadlem jsou atraktivní témata přednášek: Jarní detoxikace pomocí léčivých hub a rostlin, Imunologie člověka s důrazem na alergický zánět, Doplňky stravy pro kojící ženy, Regulace reklamy na léčivé přípravky či problematika funkční zácpy aj. Předešlého on-line kongresu se zúčastnilo přes 1500 účastníků. Využít můžete také kód MAG24 pro volný vstup. ČLnK ohodnotila celý odborný program celkem 13 body, vystudovat ale můžete i samostatné bloky za příslušný počet bodů do systému CV.

ČERNÉHO KAŠLE RAPIDNĚ PŘIBÝVÁ

Do Informačního systému infekčních nemocí (ISIN) bylo od začátku roku 2024 do 13. 2. nahlášeno již 698 případů černého kašle. Onemocnění zasahuje všechny věkové skupiny, nejvíce případů je hlášeno ale u teenagerů ve věku 12 až 18 let. Znepokojující je už 16 infekcí černým kašlem u dětí do jednoho roku. Černý kašel ohrožuje zejména novorozence a plně neočkované kojence. Jde o vysoce nakažlivé onemocnění respiračního traktu způsobené bakterií Bordetella pertussis. Patří mezi vůbec nejzávažnější onemocnění dětského věku.Podobnou situaci hlásí podle ECDC i další evropské země, jako například Dánsko, Chorvatsko, Belgie či Nizozemí. Trápí vás kašel a zhoršuje se v noci? Nechte se vyšetřit! Vyšetření probíhá stejně jako odběr z nosu na covid-19. Více na stránkách https://szu.cz/aktuality/

SOUTĚŽ OD SRDCE PRO SRDCE

Na Educommu probíhá celý únor soutěž o 4 tlakoměry prémiové značky microlife. Výherci si navíc budou moci vybrat barvu tohoto užitečného pomocníka pro domácí diagnostiku. Prvního výherce vylosují v Educommu již 14. února - na svátek sv. Valentýna!

SUCHEJ ÚNOR

Český národ pije nad míru. Suchej únor je česká osvětová kampaň, která již od roku 2013 podporuje a propaguje měsíční abstinenci od alkoholu. Akci pořádá organizace Suchej únor (dříve Liga otevřených mužů). Vyzývá lidi k měsíčnímu odepření si alkoholických nápojů a zvědomění si svého vztahu k alkoholu, případně též poukazuje na jeho rizikové užívání. Podle průzkumu ResSOLUTION Group a Nielsen se každoročně do výzvy hlásí kolem 900 000 lidí. Heslo letošního ročníku je “Suchou cestou“. Lákadlem pro registrované je mj. únorový bylinkovo-čajový kalendář naplněný českými čaji Leros. Více na https://suchejunor.cz/.

DOPORUČUJEME


JAKÉ TÉMA BY VÁS ZAUJALO V ČLÁNKU ČI PŘEDNÁŠCE?

verbální komunikace
neverbální komunikace
empatie