Ученые разработали первый искусственный белковый комплекс, способный управляемо перемещаться по ДНК

Исследователи из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW Sydney) разработали инновационный искусственный белковый комплекс, способный совершать контролируемое перемещение по нити ДНК. Устройство, получившее имя Tumbleweed, представляет собой модульную конструкцию: отдельные белковые фрагменты, сами по себе инертные, объединяются в слаженный механизм, готовый к пошаговому движению по заданному генетическому «рельсу». Подробности этого прорывного исследования были представлены на страницах журнала Nature Nanotechnology.

В природе функции «молекулярных двигателей» выполняют специализированные белки, такие как миозин, кинезин и динеин, обеспечивающие внутриклеточный транспорт и мышечные сокращения. Воспроизведение подобных механизмов искусственным путем — сложнейшая инженерная задача, требующая не просто сборки компонентов, а обеспечения их согласованного взаимодействия для выполнения направленной механической работы.

Команда UNSW Sydney спроектировала Tumbleweed из трёх взаимозаменяемых доменов, избирательно связывающихся с ДНК. Чередуя точки фиксации, конструкция совершает прогрессивные движения с шагом в 16 нанометров. Использование внешних химических стимулов позволяет исследователям не только инициировать передвижение, но и задавать его вектор, переключая направление в режиме реального времени.

На текущем этапе производительность системы ограничена: скорость перемещения составляет около 1 нанометра в секунду, а общая протяженность пути — около 100 нанометров. Более того, для работы необходимы регулярные химические команды извне. Тем не менее, ученые уже работают над оптимизацией прототипа, стремясь повысить автономность, быстродействие и дистанцию прохода.

Как отмечает руководитель проекта, профессор Пол Кёрми, данная разработка стала венцом почти двадцатилетних изысканий международной группы специалистов. Создание синтетического комплекса с заданными характеристиками дает ученым уникальный инструмент для изучения фундаментальных принципов функционирования живых молекулярных машин, а также позволяет понять, как эффективно комбинировать биологические компоненты для реализации новых функций.

Разработчики уверены, что Tumbleweed послужит отправной точкой для создания программируемых наноустройств нового поколения. В перспективе такие технологии могут быть внедрены в сферу биологических вычислений, позволяя выполнять параллельные операции при крайне малом энергопотреблении, что откроет новые горизонты в синтетической биологии и высокотехнологичной наноинженерии.

Источник: iXBT