Cestu k udržitelnému svícení hledají vědci u mořského žahavce

Podobně revoluční změnu, jakou kdysi způsobil vynález žárovky, by mohl jednou přinést výzkum brněnských vědců z Loschmidtových laboratoří. Na molekulární úrovni popsali a objasnili mechanismus svícení renily fialové, mořského žahavce. Právě u živočichů se schopností bioluminiscence, tedy produkce "studeného" světla, by se lidstvo mohlo inspirovat při hledání cest k udržitelnějšímu a efektivnějšímu svícení. O výzkumu informoval odborný časopis Nature Catalysis.

"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," uvedl v tiskové zprávě biolog Martin Marek.

Luciferázy jsou enzymy umožňující bioluminiscenci živočichů, například světlušek. Studené světlo ale produkují i organismy na dně moří, včetně renily fialové.

Brněnští vědci ukázali, kam a jak se v molekule enzymu váže energeticky bohatý substrát, takzvaný luciferin. Pomocí metod strukturní biologie a spektroskopických měření zmapovali enzymatickou oxidaci luciferinu a jeho přeměnu na energeticky bohatý meziprodukt, po jehož rozpadu dochází k emisi viditelného modrého záblesku.

Při své práci metodami proteinového inženýrství vědci také rekonstruovali "předka" dnešního enzymu luciferázy renily fialové, a tak poodhalili tajemství jeho evoluce. Byla to prý "hodinářská práce". "To nám nyní umožní posouvat nové luciferázy ještě dále a jejich svícení ještě více zefektivnit," uvedl další z výzkumníků Martin Toul.

Nyní chtějí vědci zjistit, 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," popsal Marek.

Vědci si osvojili metody, jak luciferiny syntetizovat chemicky v laboratoři, ale 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," nastínil Marek.

Loschmidtovy laboratoře proteinového inženýrství spadají pod centrum RECETOX Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně.