Научный сотрудник Института теоретической и экспериментальной биофизики Российской академии наук в статье, опубликованной в Journal of Photochemistry & Photobiology, C: Photochemistry Reviews, проанализировала многочисленные литературные данные, позволяющие показать, как уникальные фундаментальные свойства белка бактериородопсина могут быть использованы для создания различного рода практических устройств, в частности устройств для записи, обработки и хранения оптической информации.

В последние годы в связи с развитием идей создания оптической памяти и устройств обработки оптической информации значительный интерес вызывает поиск новых светочувствительных регистрирующих сред с усовершенствованными техническими параметрами. Причём поиск таких сред не ограничивается неорганическими соединениями, как было ранее. В поле зрения исследователей стали попадать биологические светочувствительные элементы разной природы, например, мембранные белки — ключевые элементы различных биомембран. К числу таких элементов относятся и материалы на основе светочувствительного белка бактериородопсина (БР). Такое внимание к этому белку обусловлено целым рядом его замечательных свойств, позволивших ему занять вполне заслуженное место в ряду возможных претендентов на использование в качестве светочувствительных фотохромных материалов.

Во-первых, молекулы БР имеют квазикристаллическую упаковку в мембране, которая придаёт всей структуре невиданную устойчивость к физико-химическим воздействиям.

Во-вторых, количество циклов работы этого природного фотохрома существенно превышает таковое для неорганических природных и синтетических материалов.

В-третьих, молекулы БР могут быть подвергнуты разнообразным модификациям, как белковой его части, так и хромофора, что говорит о том, что БР может служить своеобразной платформой для целого класса фотохромных материалов. Поэтому чрезвычайно важно провести современный анализ фотохимических и фотофизических свойств БР, их зависимости от различных факторов и найти возможности дляприменения различных модификаций БР в устройствах записи и хранения оптической информации.

Эта задача как раз и решалась в обзорной статье, старшим научным сотрудником Лаборатории цитотехнологии ИТЭБ РАН  к.ф.-м.н. Анной Дружко.

В статье представлен обзор светочувствительных систем на основе БР. Кратко даны современные представления о БР и его свойствах, о фотоцикле его превращений. Показаны возможности и пути модификаций БР, в частности, такие, как дегидратация, модификация с использованием химических добавок, изменение первичной последовательности белка с использованием генетических методов, замена хромофора его синтетическими аналогами. Такие модификации могут оптимизировать использование БР для создания светочувствительных регистрирующих сред. Особое внимание уделено различным областям возможных применений светочувствительных материалов такого типа, в частности, полимерных плёнок на основе БР и его производных, так называемых плёнок Биохром.

«Нами в группе биофизиков под руководством к.ф-м.н. Николая Николаевича Всеволодова впервые были разработаны биохромные плёнки на основе БР и его производных (авторское свидетельство 1985 г, Патент США 1995), которые могут быть использованы для записи, хранения и обработки оптической информации. Было предложено смешивать суспензию БР с желатином или поливиниловым спиртом и далее методом полива или формования наносить на подложку. В результате после высыхания смеси и образуется плёнка Биохром», — рассказала Анна Дружко.

Известно, что БР может быть модифицирован. Например, замена нативного хромофора на его аналог приводит к смещению спектра поглощения либо в коротко- либо в длинно-волновый диапазон. При модификации белковой части БР меняется время жизни интермедиатов фотоцикла, т.е. время хранения изображения. В статье рассматриваются также возможности использования полимерных плёнок на основе БР не только как фотохромного материала для многократной записи, но и как материала для однократной записи и постоянной памяти (так называемого write-once recording material).

В обзоре представлены 206 публикаций российских и зарубежных авторов в высокорейтинговых журналах.

По словам автора, данный тип памяти и обработки информации уже считается экзотическим, наряду с дисками и дискетами, однако представленные свойства могут быть предпосылками к созданию уникальных светочувствительных гибридных технических устройств, в которых БР является не единственным биологическим элементом.

Источник: пресс-служба ИТЭБ РАН.