14 мая 2010, 14:42

Ученые создали на основе молекул ДНК четырехногого робота

Ученые показали возможность создания молекулярных машин на основе молекул ДНК.

Такие роботы могут автономно функционировать в пространстве и выполнять определенные задачи, востребованные, например, в медицине, сообщается в двух независимых статьях исследователей, опубликованных в журнале Nature.

Авторы первой из них, междисциплинарная группа ученых из США под руководством Милана Стояновича (Milan Stojanovic) из Колумбийского университета, создали на основе белковых молекул и молекул ДНК четырехногого робота, способного самостоятельно перемещаться вдоль пути, размеченного на поверхности с помощью специальных отрезков ДНК. В своей статье ученые описывают, как их робот самостоятельно проделал около 50 шагов, переместившись в пространстве в заданном направлении на 100 нанометров, существенное расстояние для молекулы.

«Эта молекула подпадает под определение робота: машины, способной чувствовать окружающую среду, принимать решение и выполнять действие на основе этих чувств», — сказал Эрик Уинфри (Erik Winfree), соавтор Стояновича, слова которого приводит пресс-служба Калифорнийского технологического института.

Робот представляет собой белковую молекулу, к четырем «концам» которой прикреплены короткие отрезки специфических молекул ДНК, так называемых «ДНКзимов». Эти молекулы могут взаимодействовать с другими отрезками ДНК, отрезая от них часть в соответствии с принципом комплементарности. Разместив нужные отрезки ДНК на гладкой поверхности с помощью технологии «ДНК-оригами», ученые разметили путь, по которому их «четырехногому пауку» предстояло двигаться.

В ходе эксперимента ученые показали, что ДНКзимы на концах «лап» молекулярного «паука» взаимодействуют с ДНК, прикрепленными к поверхности. Это взаимодействие заключается в соединении двух отрезков ДНК в короткие двухцепочные спирали и «отрезании» ДНКзимом на конце «лапы паука» фрагмента от ДНК, прикрепленной к поверхности. После этого две молекулы ДНК расходятся, совершая таким образом один шаг робота.

После того, как этот шаг сделан, повторное взаимодействие ДНКзима с этой ДНК на поверхности приводит к образованию уже менее прочной двухцепочной спирали, а потому с химической точки зрения роботу выгоднее совершить еще один шаг вперед вдоль разметки. Это достигается «нащупыванием» (хаотическими тепловыми движениями) «лапой» нового еще не «обрезанного» фрагмента ДНК на поверхности.

При этом, начало и конец пути отмечены специальными фрагментами ДНК, взаимодействие с которыми приводит к фиксации робота.

«Можете представить себе такого паука, несущего лекарство и прикрепляющегося, например, к клеточной мембране, паук обнаруживает рецептор на ее поверхности и запускает работу лекарства», — сказал Хао Ян (Hao Yan), соавтор Стояновича.

«Впрочем, до подобных молекулярных машин нам еще далеко, потребуется еще может быть 100 лет прогресса, прежде чем они найдут применение», — добавил Стоянович.