Вчені створили крихітні нанотраспортные мережі з молекулярними "поїздами", які функціонують під управлінням ДНК
Крихітні самособирающиеся транспортні системи, по яких пересуваються нанопоезда, що приводяться в рух молекулярними двигунами і керовані за допомогою молекул ДНК були розроблені вченими з Оксфордського університету (Oxford University) і університету Уорвіка (Warwick University). Ці біохімічні системи, керуючись набором інструкцій, закодованих в послідовності молекули ДНК, можуть самостійно побудувати мережу з крихітних рейок, довжина яких може досягати десятком мікрометрів, перевезення по цих рейках певний вантаж і самознищитися, не залишивши жодних слідів свого перебування.
Прототипом для створення цієї системи став меланофор (melanophore), білок, який міститься в клітинах деяких видів риб і керуючий кольором цих клітин. Це білок утворює транспортну структуру, що нагадує рейки, що розходяться, як спиці велосипедного колеса, з однієї точки в різні сторони. По цих рейках пересуваються "моторні" білки, які переміщують пігментний барвник в межах всієї мережі. Коли ці нанопоезда знаходяться в центрі білка, то жива клітина виглядає зі сторони майже повністю прозорою. Але варто тільки цим крихітним нанопоездам роз'їхатися в різні боки, як клітина набуває яскраво виражену флуоресцентну забарвлення, колір якої відповідає кольору пігменту-барвника.
Транспортна наноноситема, розроблена вченими з Оксфордського університету дуже нагадує будову білка меланофора. Вона також складається з ДНК і моторного білка, званого кинезином. Використовуючи в якості палива молекули АТФ, наноробот-складальник, що складається з двох молекул кинезина, керуючись інформацією, закодованої в ДНК, починає виробляти микрорельсы, що складаються з коротких ланцюжків ДНК. Після, по команді, поданої ззовні з допомогою інших молекул ДНК, по рейках починають переміщатися нанопоезда, що складаються з однієї молекули кинезина.
"ДНК є універсальним матеріалом при створенні синтетичних молекулярних систем. Короткі ланцюжки ДНК можуть використовуватися в якості будівельного матеріалу цих систем, а заздалегідь запрограмована в ДНК інформація буде визначати конфігурацію кінцевої системи і перелік виконуваних нею функцій" - розповідає Адам Уоллмен (Adam Wollman), вчений з відділу фізики Оксфордського університету, - "Запрограмувавши в послідовності ДНК складний набір інструкцій, ми можемо не тільки керувати створенням мікроскопічної транспортної системи і рухом молекул по ній. Ми можемо зробити так, що рухаються молекули, ці микропоезда, будуть перевозити набори інструкцій для інших микропоездов".
"Ми провели експеримент, в яких нанороботи-збирачі під впливом введеної АТФ, створили розгалужену мережу з ДНК-рейок. Після цього по цій мережі вирушили нанопоезда, що несуть вантаж із зеленого барвника, який рівномірно покривав барвником все по шляху їх слідування, роблячи можливим побачити весь процес на власні очі в реальному часі. Додавши в навколишнє додаткову кількість АТФ і середовище молекули ДНК з певним набором інструкцій, ми змусили нанопоезда повернутися у вихідну точку. Введення ДНК з іншим набором інструкцій змусило нанопоезда переміститися до кінцевих точок шляхів і вивільнити пігмент, офарбивши в зелений колір все навколишнє середовище. На заключному етапі експерименту, за ДНК-шляхах вирушили нанопоезда, забезпечені інструкціями "самознищення", що призвело до повного "демонтажу" біохімічної системи, залишки якої розчинилися без сліду в навколишньому середовищі".
Вищеописана демонстрація була досить простою демонстрацією, в якій в якості вантажу використовувався барвник. Але ці ж самі методи можуть бути використані для перенесення в межах живої клітини та інших матеріалів, таких, як лікарські препарати. А таку технологію можна використовувати і в абсолютно інших цілях, наприклад, для точного управління ходом хімічних і біохімічних реакцій або для транспортування "будівельного матеріалу" складних біохімічних систем більш високого рівня.