За първи път: Биоинженери вградиха квантов механизъм в естествен протеин

Биолозите отдавна познават квантовите механизми в естествените протеини и живите организми, например феномена на флуоресценцията и биомагнитната ориентация при птиците и насекомите. Природата е изпреварила човека в това отношение, но учените са използвали еволюционния метод, за да подберат изкуствено белтъци с желаните от тях свойства и за първи път целенасочено са получили естествен белтък с вграден квантов механизъм.

Извършената работа може да се счита за едно от първите интердисциплинарни изследвания във Великобритания, в което участват учени от областта на изкуствения интелект, биологията и квантовите технологии.

Това е триада, която се превръща в острие на съвременното развитие на науката и технологиите по света. Не е изненадващо, че в пресечната точка на тези дисциплини се наблюдава „пробив в постквантовия киберпънк“. Протеините с квантови устройства са възможност да се даде на хората нещо, което досега изглеждаше като истинска фантастика.

Учени от Оксфордския университет целенасочено контролираха процеса на мутация на един от протеините на овеса, за да му придадат необходимите свойства. В този случай изследователите са постигнали чувствителност на белтъка към микровълново излъчване. По този начин те разработиха т.нар. магниточувствителни флуоресцентни протеини, които са в състояние да взаимодействат с магнитни полета и радиовълни, когато протеинът е възбуден от светлина с определена дължина на вълната.

Несъмнено това открива цял нов клас биотехнологии, базирани на квантови ефекти, а не само на класическата биофизика или химия.

Механизмът на действие на квантовия протеинов комплекс е следният: магнитно чувствителните флуоресцентни протеини се възбуждат от светлината на син светодиод. Самите те излъчват флуоресцентна светлина с различен цвят (зелен). Интензитетът на тази флуоресценция може да се контролира чрез прилагане на магнитни или радиочестотни полета с подходяща мощност и честота. В белтъка има електронна система, способна да поддържа квантови спинови състояния или други квантови явления, които се влияят пряко от микровълновото излъчване. По този начин протеинът има вграден квантов механизъм, който учените могат да контролират по свое желание.

Едно от обещаващите приложения на такива протеини е молекулярното изобразяване вътре в живите организми. Изследователите вече са създали прототип на устройство, което, използвайки принципи, подобни на магнитно-резонансната томография (МРТ), е в състояние да открива тези протеини в тъканите. За разлика от традиционния магнитно-резонансен резонанс обаче новата технология ще може да проследява специфични молекули или генна експресия, което е от решаващо значение за целенасоченото доставяне на лекарства и наблюдението на генетични промени, например при тумори.