ГЛАВНАЯ » 2013 » Ноябрь » 16 » Ученые создали крошечные нанотраспортные сети с молекулярными "поездами", которые функционируют под управлением ДНК
18:10
Ученые создали крошечные нанотраспортные сети с молекулярными "поездами", которые функционируют под управлением ДНК
Крошечные самособирающиеся транспортные системы, по которым передвигаются нанопоезда, приводимые в движение молекулярными двигателями и управляемые посредством молекул ДНК были разработаны учеными из Оксфордского университета (Oxford University) и университета Уорвика (Warwick University). Эти биохимические системы, руководствуясь набором инструкций, закодированных в последовательности молекулы ДНК, могут самостоятельно построить сеть из крошечных рельсов, длина которых может достигать десятком микрометров, перевезти по эти рельсам определенный груз и самоуничтожиться, не оставив никаких следов от своего пребывания.
Прототипом для создания этой системы стал меланофор (melanophore), белок, содержащийся в клетках некоторых видов рыб и управляющий цветом этих клеток. Это белок образует транспортную структуру, напоминающую рельсы, расходящиеся, как спицы велосипедного колеса, из одной точки в разные стороны. По этим рельсам передвигаются "моторные" белки, которые перемещают пигментный краситель в пределах всей сети. Когда эти нанопоезда находятся в центре белка, то живая клетка со стороны выглядит почти полностью прозрачной. Но стоит только этим крошечным нанопоездам разъехаться в разные стороны, как клетка приобретает ярко выраженную флуоресцентную окраску, цвет которой соответствует цвету пигмента-красителя.
Транспортная наноноситема, разработанная учеными из Оксфордского университета очень напоминает строение белка меланофора. Она также состоит из ДНК и моторного белка, называемого кинезином. Используя в качестве топлива молекулы АТФ, наноробот-сборщик, состоящий из двух молекул кинезина, руководствуясь информацией, закодированной в ДНК, начинает производить микрорельсы, состоящие из коротких цепочек ДНК. После, по команде, поданной извне с помощью других молекул ДНК, по рельсам начинают перемещаться нанопоезда, состоящие из одной молекулы кинезина.
"ДНК является универсальным материалом при создании синтетических молекулярных систем. Короткие цепочки ДНК могут использоваться в качестве строительного материала этих систем, а предварительно запрограммированная в ДНК информация будет определять конфигурацию конечной системы и перечень выполняемых ею функций" - рассказывает Адам Уоллмен (Adam Wollman), ученый из отдела физики Оксфордского университета, - "Запрограммировав в последовательности ДНК сложный набор инструкций, мы можем не только управлять созданием микроскопической транспортной системы и движением молекул по ней. Мы можем сделать так, что движущиеся молекулы, эти микропоезда, будут перевозить наборы инструкций для других микропоездов".
"Мы провели эксперимент, в которых нанороботы-сборщики под влиянием введенной АТФ, создали разветвленную сеть из ДНК-рельсов. После этого по этой сети отправились нанопоезда, несущие груз из зеленого красителя, который равномерно покрывал красителем все по пути их следования, делая возможным увидеть весь процесс воочию в реальном времени. Добавив в окружающую дополнительное количество АТФ и среду молекулы ДНК с определенным набором инструкций, мы заставили нанопоезда вернуться в исходную точку. Введение ДНК с другим набором инструкций заставило нанопоезда переместиться к конечным точкам путей и высвободить пигмент, окрасив в зеленый цвет всю окружающую среду. На заключительном этапе эксперимента, по ДНК-путям отправились нанопоезда, снабженные инструкциями "самоуничтожения", что привело к полному "демонтажу" биохимической системы, остатки которой без следа растворились в окружающей среде".
Вышеописанная демонстрация была достаточно простой демонстрацией, в которой в качестве груза использовался краситель. Но эти же самые методы могут быть использованы для переноса в пределах живой клетки и других материалов, таких, как лекарственные препараты. А такую технологию в целом можно использовать и в совершенно других целях, к примеру, для точного управления ходом химических и биохимических реакций или для транспортировки "строительного материала" сложных биохимических систем более высокого уровня.
