Биоинженеры впервые встроили квантовый механизм в природный белок

Биологам давно известны квантовые механизмы в природных белках и живых организмах, например, явление флуоресценции и биомагнитная ориентация птиц и насекомых. Природа в этом опередила человека. Но учёные воспользовались эволюционным методом для искусственного отбора белков с нужными им свойствами и впервые целенаправленно получили природный белок со встроенным квантовым механизмом.

Проделанная работа может считаться одним из первых в Великобритании междисциплинарных исследований, в котором приняли участие специалисты по ИИ, биологии и квантовым наукам. Это триада, которая становится остриём современного развития науки и техники во всём мире. Неудивительно, что на стыке этих дисциплин произошёл прорыв, если так можно сказать, в постквантовый киберпанк. Белки с квантовыми устройствами — это возможность наделить человека чем-то таким, что до этого представлялось настоящей фантастикой.

Учёные из Университета Оксфорда (University of Oxford) целенаправленно контролировали процесс мутации одного из белков овсянки до наделения его требуемыми свойствами. В данном случае исследователи добивались чувствительности белка к микроволновому излучению. Тем самым были разработаны так называемые магниточувствительные флуоресцентные белки (MFPs), способные взаимодействовать с магнитными полями и радиоволнами при возбуждении белка светом определённой длины волны. Безусловно, подобное открывает совершенно новый класс биотехнологий, основанных на квантовых эффектах, а не только на классической биофизике или химии.

Механизм работы квантового белкового комплекса следующий: магниточувствительные флуоресцентные белки возбуждаются светом синего светодиода. Сами по себе они излучают флуоресцентный свет другого цвета (зелёный). Интенсивность этой флуоресценции можно регулировать, применяя магнитные или радиочастотные поля соответствующей мощности и частоты. Внутри белка существует электронная система, способная поддерживать квантовые состояния спина или другие квантовые явления, на которые непосредственно воздействует микроволновое излучение. Тем самым белок имеет встроенный квантовый механизм, которым учёные могут управлять по своему желанию.

Одним из перспективных направлений применения таких белков является молекулярная визуализация внутри живых организмов. Исследователи уже создали прототип прибора, который с помощью принципов, схожих с магнитно-резонансной томографией (МРТ), способен обнаруживать эти белки в ткани. Однако, в отличие от традиционной МРТ, новая технология потенциально сможет отслеживать конкретные молекулы или экспрессию генов, что критично для задач целевой доставки лекарств и мониторинга генетических изменений, например в опухолях.