Elektrická pole jako fyzikální přepínač proteinů: vědci shrnují průlomový výzkum

Dosud nejucelenější pohled na to, jak vnější elektrická pole ovlivňují strukturu a chování proteinů, přináší přehledová studie, kterou pro prestižní časopis Chemical Society Reviews zpracovali vědci z Ústavu fotoniky a elektroniky Akademie věd ČR. Ve spolupráci s kolegy ze Sapienza University of Rome (Itálie), University College Dublin (Irsko) a Uppsala University (Švédsko) ukazují, že tato fyzikální metoda má potenciál zásadně proměnit biotechnologie, medicínu i potravinářství.

Proteiny jsou základními „dělníky“ každé živé buňky: zajišťují trávení, přenos signálů v mozku, pohyb svalů i obranu organismu. „Správně nastavené elektrické pole dokáže tyto molekuly přesně a vratně přeladit, změnit jejich tvar, pohyb i funkci, a to zcela bezdotykově a bez jediné chemické látky,“ říká Michal Cifra, hlavní autor studie a vedoucí výzkumného týmu Bioelektrodynamika v Ústavu fotoniky a elektroniky Akademie věd ČR.

Takový přístup podle něj otevírá fascinující možnosti od šetrnějšího zpracování potravin a nových metod elektrostimulace až po ultrarychlé zobrazování biomolekul a vývoj zcela nové generace bionanotechnologických zařízení. „Představte si, že by tak bylo možné řídit chování bílkovin v živých buňkách pomocí elektrického pole, podobně jako přepínáte světlo vypínačem,“ dodává Michal Cifra.

Složitější, než se zdá

Elektrická pole ale nepůsobí na proteiny pouze přímo. Velkou roli hrají i nepřímé efekty prostřednictvím okolního prostředí, například přes molekuly vody nebo ionty rozpuštěné v buněčném roztoku.

„Cesta od laboratoře k praktickému využití vede nutně přes hluboké porozumění těmto mechanismům,“ upozorňuje Michal Cifra. Teprve až vědci pochopí, kudy a jak elektrické pole svůj vliv na protein skutečně uplatňuje, budou schopni cíleně navrhnout jeho optimální podobu se správným tvarem, frekvencí i intenzitou tak, aby dosáhli přesně požadovaného účinku a vyhnuli se nežádoucím vedlejším reakcím.“

Elektrická pole nabízejí zcela nový způsob, jak ovládat proteiny: bez chemie, bez kontaktu, s okamžitou odezvou. „Aby však tato myšlenka fungovala v praxi, musíme nejprve skutečně rozumět tomu, jak elektrická pole na molekulární úrovni působí. Naše práce ukazuje, že účinky nejsou vždy přímočaré, protože pole působí i skrz okolní prostředí, a právě to musíme umět předvídat a využít,“ vysvětluje Michal Cifra.

Další výzvy

Jeho tým nyní pracuje na výzkumu využití motorických proteinů. Ty mají za úkol chemickou energii, která je jako energetické platidlo všech živých buněk uložená v ATP (adenosintrifosfát), přeměňovat na mechanickou práci. Vědci chtějí použít různých forem elektrického a elektromagnetického pole k ovládání těchto proteinů, které se chovají jako molekulární motory a umožňují pohyb buněk i transport uvnitř nich.

„Výhodou je, že u nich lze účinek pole na jejich funkci sledovat okamžitě, podle změn polohy způsobených nanomechanickým působením,“ uvádí Michal Cifra. „Další velkou výzvou je zformulovat obecná fyzikální pravidla působení elektrického pole na proteiny tak, aby bylo možné už na základě struktury proteinu předvídat, jak bude na vnější elektrické pole reagovat,“ uzavírá vědec.

Studie týmu Ústavu fotoniky a elektroniky AV ČR byla nejprve v dubnu zveřejněna v online podobě. Nyní ji časopis Chemical Society Reviews zařadil také do svého tištěného vydání, a navíc ji vybral na titulní stranu.

Odkaz na publikaci:
Cifra, M. et al. The effects of external electric fields on proteins. Chem. Soc. Rev., 2026, Advance Article. https://doi.org/10.1039/D3CS00244F

Tištěná verze časopisu: https://pubs.rsc.org/cs/article/55/14/7568/1241838/The-effects-of-external-electric-fields-on

Kontakt:
dr. Michal Cifra
Ústav fotoniky a elektroniky AV ČR
cifra@ufe.cz

Petra Palečková
PR koordinátorka Ústavu fotoniky a elektroniky AV ČR
+420 731 028 303
paleckova@ufe.cz

TZ ke stažení zde

Přečtěte si také

• Věda pod širým nebem: Na Ládví vznikla nová naučná stezka Akademie věd ČR
• Expedice Kyrgyzstán odkryla krajinu dávných zemědělců a železářů
• Konference Krize biodiverzity otevřela cestu pro novou odbornou asociaci
• Bělozubka tmavá se dál šíří Českem. Vědci znovu žádají veřejnost o pomoc
• Čeští vědci objasnili nový mechanismus vzácného neurovývojového onemocnění
• Studie v Nature přináší přelomové poznatky o opravě genetických chorob u embryí
• Genomika může pomoci lépe chránit motýly i další hmyz
• Jak může vypadat Česko v roce 2100?
• Lék na dozrání plic plodu může ovlivnit i jeho vnitřní hodiny
• Do Akademie věd míří tři ERC granty pro mladé badatelské talenty