Boj proti nemoci COVID-19 je velkým úkolem pro vědce po celém světě. Málokdo váhá, zapojení do boje proti novému koronaviru se odehrává v různých formách, a to i na naší univerzitě v Ústí nad Labem. Není to však jen o výrobě ochranných prostředků, ale také o hlubším studiu chemických procesů, které při boji s virem mohou být těmi vítěznými. Kolegové z Fakulty životního prostředí a Přírodovědecké fakulty se věnují výzkumu tzv. nanozymů – materiálů, u kterých byla nedávno prokázána schopnost inaktivovat chřipkové viry.
Ilustrační obrázek
Velikost částic nanomateriálů je srovnatelná s velikostí virů, a to dává nanomateriálům velkou šanci uspět v boji proti šíření koronaviru. Toto přesvědčení publikoval na začátku března Profesor Thomas Webster z Northeastern University v Bostonu v tomto článku. Ve skutečnosti koronaviry svou velikostí asi 100 –120 nm lehce přesahují nanočástice, jež jsou z definice menší než 100 nm. I tak jde o částice velice malé, které např. běžné masky či filtry nezachytí a je nutno použít např. nanotextilií.
Jak je to tedy s použitím nanočástic v boji proti virům vysvětluje profesor Pavel Janoš z FŽP UJEP
Patrně největší zkušenosti mají v současnosti (celkem pochopitelně) v této oblasti čínští badatelé. V září minulého roku zveřejnila skupina vědců z šesti čínských institucí práci [1], v níž popisují použití tzv. nanozymů jako prostředků k inaktivaci (potlačení aktivity) chřipkového viru. Nanozymy jsou, zhruba řečeno, anorganické analogy (látky, které se v jistém smyslu chovají podobně jako enzymy biologického původu) enzymů (bílkoviny urychlující biochemické reakce v organismu), nejčastěji nanokrystalické oxidy některých kovů. V případě zmiňované čínské studie šlo o nanočástice oxidů železa, které mimo jiné vykazují magnetické vlastnosti, což usnadňuje jejich cílenou aplikaci. Čínští vědci využili schopnosti nanočástic simulovat (napodobovat) činnost enzymů peroxidázy (enzym urychlující oxidaci látek peroxidem vodíku) a katalázy (urychluje rozklad peroxidu vodíku na vodu a kyslík). Díky tomu se jim podařilo narušit tzv. obálku viru a tím jej zneškodnili. To se zdá být dobrou strategií, neboť obálka je (trochu paradoxně) slabým místem tohoto typu virů.
Ilustrační obrázek
Co s tím má UJEP společného?
Výše zmiňované materiály jsou předmětem výzkumu na UJEP. Zabýváme se jimi již dlouhou dobu, byť z jiných důvodů.
Profesor Janoš dále vysvětluje:
Nanozymatickou (pseudo-enzymatickou) aktivitu vykazuje řada nanomateriálů včetně oxidu ceričitého, který je intenzívně zkoumán na našich pracovištích. Oxid ceričitý není na rozdíl od oxidů železa magnetický, s tím si však dokážeme poradit. Již před časem jsme vyvinuli kompozitní materiál s magnetickým jádrem a s aktivní vrstvou oxidu ceričitého na povrchu. V současné době probíhá intenzivní výzkum těchto materiálů ve spolupráci s TU-VŠB Ostrava a Biologickým centrem AVČR v Českých Budějovicích. I oxid ceričitý je schopen simulovat činnost katalázy a peroxidázy (a dalších podobných enzymů), navíc je však schopen štěpit některé biologicky významné organofosforečné sloučeniny.
Jak to souvisí s koronaviry?
Zmíněná obálka koronaviru je tvořena převážně tzv. fosfolipidy (patří mezi hlavní součásti buněčných membrán). Fosfolipidy mají strukturu trochu podobnou mýdlu (proto se taky fosfolipidy a potažmo koronaviry tak účinně odstraňují pomocí mýdla) – obsahují tedy fosforečnou skupinu jako hydrofilní část a lipidickou, tedy hydrofobní část. Fosforečná skupina je se zbytkem molekuly vázána tzv. fosfodiesterovou vazbou, která je považována za velice pevnou (tvoří mj. základ struktury DNA a RNA). Poločas rozpadu sloučenin s touto vazbou se odhaduje na milion let. V nedávno uveřejněné práci s názvem Can cerium oxide serve as a phosphodiesterase-mimetic nanozyme? [2] jsme ovšem ukázali, že za přítomnosti oxidu ceričitého se doba rozkladu takových látek zkracuje na několik málo hodin. Zdá se, že anorganické nanozymy nejsou ve srovnání s organickými („pravými“) enzymy tak selektivní, pokud jde o typ vazby, na kterou působí; jejich působení je poněkud „razantnější“, což by v případě použití jako antivirálního činidla mělo být spíše výhodou. Tzv. nanoceria je zvláštní forma oxidu ceričitého, která dokáže dramaticky urychlit rozklad některých odolných sloučenin.
Obr. z článku Can cerium oxide serve as a phosphodiesterase-mimetic nanozyme?
K čemu tato fakta naše kolegy vědce z UJEP vedou?
Nanoenzymatické štěpení fosfolipidů je v mnoha ohledech zajímavým problémem. Zda to může přispět k boji proti koronaviru je otázkou – likvidace viru je přece jenom složitější než štěpení jedné chemické vazby. V každém případě jsme se rozhodli výzkum v tomto směru urychlit a doktorandi již začali vyvíjet postup testování fosfolipidázové aktivity nanozymů.
REPORTÁŽ ČESKÉ TELEVIZE NA FŽP 11. 4.: odkaz, čas reportáže o nanozymech v Ústí: 9:46
Použité zdroje:
[1] T. Qin, R. Ma, Y. Yin, X. Miao, S. Chen, K. Fan, J. Xi, Q. Liu, Y. Gu, Y. Yin, J. Hu, X. Liu, D. Peng, L. Gao, Catalytic inactivation of influenza virus by iron oxide nanozyme, Theranostics. 9 (2019) 6920–6935. https://doi.org/10.7150/thno.35826.
[2] P. Janoš, J. Ederer, M. Došek, J. Štojdl, J. Henych, J. Tolasz, M. Kormunda, K. Mazanec, Can cerium oxide serve as a phosphodiesterase-mimetic nanozyme?, Environ. Sci. Nano. 6 (2019) 3684–3698. https://doi.org/10.1039/C9EN00815B.
 |
 |