Биохимики из Университета Юты раскрыли механизм непрерывного вращения микроскопических кристаллов внутри возбудителя малярии – «Plasmodium falciparum». Десятилетиями ученые наблюдали за хаотичным движением этих частиц, напоминающим вибрацию монет в работающем механизме, однако физическая природа явления оставалась неясной. Согласно результатам исследования, опубликованным в журнале «PNAS», кристаллы приводятся в движение химической реакцией, аналогичной той, что используется в жидкостных ракетных двигателях.
Кристаллы состоят из гемозоина – железосодержащего соединения, которое паразит синтезирует в процессе переработки гемоглобина. Исследователи установили, что источником энергии для их перемещения служит разложение перекиси водорода на воду и кислород. Этот побочный продукт жизнедеятельности малярийного плазмодия в избытке присутствует внутри специализированных клеточных отделов. Реакция высвобождает энергию, достаточную для того, чтобы заставлять частицы постоянно сталкиваться и вращаться с высокой скоростью.
Авторы работы подчеркивают, что ранее подобный способ самоходного движения не встречался в биологических системах, хотя принцип расщепления перекиси водорода широко применяется в аэрокосмической инженерии. В ходе экспериментов выяснилось, что при снижении уровня кислорода, что влечет за собой замедление выработки перекиси, скорость вращения кристаллов падает почти в два раза. Это подтверждает прямую зависимость механической активности от интенсивности химического процесса внутри клетки.
С биологической точки зрения такое движение необходимо паразиту для выживания. Постоянное перемешивание способствует более эффективной нейтрализации токсичной перекиси водорода и предотвращает слипание кристаллов гемозоина. Если бы частицы образовывали крупные конгломераты, площадь их поверхности сократилась бы, что помешало бы плазмодию безопасно утилизировать избыточное железо.
Открытие имеет прикладное значение для фармацевтики и развития нанотехнологий. Механизм вращения кристаллов уникален для паразита и не встречается в клетках человеческого организма, что делает его перспективной мишенью для разработки новых лекарственных средств. Создание препаратов, блокирующих химические процессы на поверхности гемозоина, позволит уничтожать возбудителя без серьезных побочных эффектов для пациента. Кроме того, изученные принципы биологической самоходности могут быть использованы при проектировании автономных нанороботов для адресной доставки лекарств.
