Vilma Ratautaitė, Ernestas Brazys, Greta Žvirzdinė, Arūnas Ramanavičius
Molekulių įspaudais modifikuoti polimerai – labai intriguojantis pavadinimas, skirtas apibūdinti tokias struktūras, kurios susidaro polimero formavimo metu iš atidžiai apgalvoto ir tinkamai parinkto tirpalo. Iš dalies tos struktūros šiek tiek primena pėdsakus, liekančius sniege praėjus keliems draugams ar kolegoms.
Nors pėdsakus palieka kiekvienas einantis drauge, tačiau apsisukę atgal jie vis tiek lengvai gali atspėti, kurie pėdsakai kam priklauso. Žinoma, kiekvienas gali pabandyti sugrįžti tais pačiais pėdsakais, bet ne visiems pasiseks žengti jais idealiai pataikant į tuos pačius pėdų atspaudus ir niekur nenukrypstant. „Taip yra ir su molekulių įspaudais modifikuotais polimerais (MIP). Tik mes, mokslininkai, molekulių įspaudų polimero dažniausiai gaminame siekdami įspausti tik vieno tipo molekules“, – taip molekulių įspaudais modifikuotų polimerų formavimo principus paaiškina Vilniaus universiteto Chemijos ir geomokslų fakulteto Chemijos instituto prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičius vadovaujantis mokslinių tyrimų projektui “Polimeriniai receptoriai analizinėms ir bioanalizinėms sistemoms“. Kai naudojame mūsų sukurtus molekulių įspaudais modifikuotus polimerus, dažniausiai siekiame kitų junginių turinčiame tirpale atpažinti būtent tuos junginius, kurių įspaudus ir esame sukūrę.
„Nors pats MIP kūrybos procesas apima gana daug žingsnių, tačiau pats svarbiausias iš jų yra atitinkamų ertmių suformavimas polimere, kai yra pašalinamos įspaudžiamos šablono molekulės“, – sako doktorantas Ernestas Brazys. Apie tai mes rašome ir apžvalginiame straipsnyje (https://doi.org/10.1016/j.cis.2024.103386).
Deja, šablono molekulių pašalinimas iš molekulių įspaudų polimero ne visada būna paprastas ir lengvai atliekamas. Ypatingai sudėtinga yra sukurti tokius MIP, kurie turėtų tokių didelių molekulių įspaudus, kaip pavyzdžiui, baltymai.
Tokių didelių molekulių, kaip baltymai, pašalinimas iš polimero yra savotiškai žavingas ir reikalaujantis atidumo iššūkis. Taip yra todėl, kad patys baltymai yra natūralūs dideli polimerai, sudaryti iš į ilgas grandines sujungtų α– aminorūgščių liekanų. Be to, baltymai turi tam tikrą erdvinę struktūrą, vadinamą antrine arba tretine.
„Taigi, tam, kad sukurtume tų gležnų erdvinių struktūrų pėdsakus, tenka ilgai ir kantriai ieškoti parametrų, kaip sukurti naują polimerą, tačiau parinkti tokias sąlygas, kuriomis baltymų erdvinė struktūra nebūtų suardyta arba bent jau vėliau, taikant tokį MIP, galėtume atpažinti tą baltymą, kuris buvo pasirinktas tyrimo pradžioje“, – pasakoja dr. Vilma Ratautaitė. Galima tik įsivaizduoti, kad net ir norint įspausti sniege, pavyzdžiui, bato pado, didelio kamuolio, pūkuotos kepurės ar kažko labai lengvo ir trapaus, įspaudus reikės visai kitokių pastangų, kad įspaudas nebūtų išdarkytas ir liktų panašus į jį palikusį daiktą. Taip yra ir su baltymų įspaudų kūryba. Kai kuriame baltymų „pėdsakus“ polimere stengiamės parinkti tokius tirpalus, kurie būtų nei per rūgštūs, nei per daug šarminiai, saugome baltymų erdvines struktūras pasirinkdami tiek skirtingų druskų, kiek reikia.
Tačiau, naujojo polimero polimerizacijai pasibaigus, kai imamės to paskutiniojo MIP kūrybos žingsnio, kurio metu yra pašalinamos įspaustos baltymų molekulės, tuomet jau galima tas baltymų struktūras ne tik suardyti, bet ir visai sunaikinti. Tam jau galima naudoti net ir stiprias rūgštis, tokias kaip gana didelės koncentracijos sieros rūgštis. Taip, kaip mes darėme ruošdami MIP su SARS-CoV-2 viruso branduolio baltymais (https://doi.org/10.1016/j.bios.2024.117092 arba https://doi.org/10.1016/j.bios.2024.116043).
Visų tų baltymų molekulių įspaudais modifikuotų polimerų reikia tam, kad sukurtume naujus jutiklius, galinčius padėti skirtingų ligų diagnostikai. Nors mūsų paskutiniais metais publikuotuose darbuose buvo tiriami MIP su SARS-CoV-2 viruso branduolio baltymais, taikant panašią tyrimų strategiją galima sukurti jutiklius skirtus ir kitų ligų būdingiems žymenims nustatyti.