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
