BrněnskoDnes.cz
BrněnskoDnes.cz » Zpravodajství » Zprávy

Revoluce ve svícení! Svítící enzym luciferáza by mohl nahradit elektrické žárovky

02.01.2023
Žárovka. Jednoduché zařízení k přeměně elektrické energie na světlo. Revoluční vynález Thomase Edisona, který nám usnadňuje každodenní život již přes 140 let. Lze však žárovku nahradit? Ano, lze. Vědci Martin Marek a Martin Toul z Loschmidtových laboratoří, RECETOX, Přírodovědecké fakulty MUNI popsali inovativní a zároveň udržitelný způsob, jak svítit. Objasnili doposud tajemstvím zahalený mechanismus svícení luciferázy mořského žahavce, renily fialové, jenž by mohl v budoucnu rozsvítit naše ulice.
Ukázka produkce studeného světla smícháním enzymu luciferázy a luciferinu ve zkumavce | Foto: muni.cz
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 a Martin Toul 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.

Biolog Martin Marek říká: "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."

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.

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. To nám nyní umožní posouvat nové luciferázy ještě dále a jejich svícení ještě více zefektivnit," 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. 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: Masarykova univerzita v Brně
Sdílet: Sdílet na Facebooku Sdílet na X

Další články z rubriky Zprávy

MŽP: Pro sídlo správy chráněné krajinné oblasti Soutok zvítězila nabídka města Lanžhot

V souvislosti s připravovaným vyhlášením chráněné krajinné oblasti Soutok se vybírá místo, kde by měla sídlit její správa. Vhodné umístění pro úřad se hledalo několik měsíců. Nabídky vhodných objektů zaslala města Břeclav a Lanžhot. Po jejich ...

Lesníci, vědci i zástupci ministerstev, ochrany přírody a obcí se shodli na vyváženém způsobu hospodaření ve Ždánickém lese a Chřibech

Odborný seminář o udržitelném lesnickém managementu ve Ždánickém lese a Chřibech uspořádaly 14. května v Hradci Králové Lesy České republiky pod zášti ...

VZP: Dobrou zprávou z oblasti prevence je rostoucí účast na screeningových programech

Klíčovou roli v úspěšnosti léčby onkologických onemocnění hraje včasný záchyt nemoci. Dobrou zprávou proto je rostoucí počet návštěvníků u všech třech ...

Zdravotní sestry slaví svůj den. Ve fakultní nemocnici u sv. Anny v Brně jich je téměř 1200

Fakultní nemocnice u sv. Anny v Brně zve na již tradiční Májový koncert (nejen) pro zdravotníky FNUSA, který i letos pořádá při příležitosti Mezinárod ...

Magistrát města Brna a Česká pošta otevřeli první třípřepážkovou poštu Partner

V pondělí 6. května byla v Brně v Orlí ulici slavnostně otevřena první třípřepážková pošta Partner v České republice. Provozovat ji bude Magistrát měs ...





Neděle 26.5.2024
Jihomoravský kraj
Další regiony »






Nastavení cookies | GDPR | O nás, kontakty | Přidat firmu | O regionu | Nabídka našich služeb | Inzerce-Dnes.cz | Práce v ČR | InfoDnes.cz
InfoDnes.cz
Sdružení regionálních portálů

Kraj Vysočina
HavlíčkůvbrodDnes.cz
JihlavaDnes.cz
TřebíčDnes.cz

Liberecký kraj
LiberecDnes.cz

Ústecký kraj
ÚstínadLabemDnes.cz

Plzeňský kraj
PlzeňDnes.cz

Jihočeský kraj
ČeskéBudějoviceDnes.cz

Jihomoravský kraj
BrněnskoDnes.cz

Olomoucký kraj
OlomoucDnes.cz

Zlínský kraj
ZlínDnes.cz

Moravskoslezský kraj
OstravaDnes.cz

Copyright © 1/2009-2024 M+MP spol. s r.o. InfoDnes.cz | Webdesign & webprogramming © PD | RSS InfoDnes