DNK nano-motor za pulsirajuće pokrete

Međunarodni tim naučnika nedavno je razvio novi tip nano-motora napravljenog od DNK. Pokreće ga pametan mehanizam koji može da izvodi pulsirajuće pokrete. Istraživači sada planiraju da ga ugrade spojnicom i instaliraju kao pogon u složene nanomašine.

Petr Šulc, docent na Školi za molekularne nauke Državnog univerziteta u Arizoni i Centru za biodizajn za molekularni dizajn i biomimetiku, sarađivao je sa profesorom Majklom Famulokom (vođa projekta) sa Univerziteta u Bonu, Nemačka, i profesorom Nilsom Valterom sa Univerziteta u Mičigen na ovom projektu.

Šulc je koristio alate za kompjutersko modeliranje svoje grupe da bi stekao uvid u dizajn i rad ovog nano-motora sa lisnatim oprugama. Struktura se sastoji od skoro 14.000 nukleotida, koji čine osnovne strukturne jedinice DNK.

„Mogućnost simulacije kretanja u tako velikoj nanostrukturi bilo bi nemoguće bez DNK kompjuterskog modela koji naša grupa koristi za dizajn nanostruktura DNK“, rekao je Šulc. „Ovo je prvi put da je hemijski nanotehnološki DNK motor uspešno konstruisan. Veoma smo uzbuđeni što bi naše istraživačke metode mogle pomoći u proučavanju, i radujemo se izgradnji još složenijih nanouređaja u budućnosti.

Motor je sličan trenažeru za snagu rukohvata — dve ručke su povezane oprugom u strukturi u obliku slova V. Međutim, motor je oko milion puta manji. U trenažeru za snagu rukohvata, stiskate ručke zajedno protiv otpora opruge. Kada otpustite stisak, opruga gura ručke nazad u prvobitni položaj.

Istraživači su preuredili mehanizam bez kojeg ne bi bilo biljaka ili životinja na Zemlji. Svaka ćelija je opremljena nekom vrstom biblioteke koja sadrži nacrte za sve vrste proteina koji su svakoj ćeliji potrebni za obavljanje svoje funkcije. Ako ćelija želi da proizvede određenu vrstu proteina, naručuje kopiju iz odgovarajućeg nacrta. Ovaj transkript proizvode enzimi zvani RNK polimeraze.

Originalni nacrt se sastoji od dugih lanaca DNK. RNK polimeraze se kreću duž ovih lanaca i kopiraju sačuvane informacije slovo po slovo.

„Uzeli smo RNK polimerazu i pričvrstili je na jednu od ručki u našoj nanomašini“, rekao je Famulok. „U neposrednoj blizini, takođe smo zategnuli lanac DNK između dve ručke. Polimeraza se hvata za ovaj pramen da bi ga kopirala. Ona se povlači duž niti i netranskribovani deo postaje sve manji. Ovo povlači drugu ručku malo po malo prema prvoj, istovremeno sabijajući oprugu.”

DNK lanac između ručki sadrži određeni niz slova blizu svog kraja. Ova takozvana terminaciona sekvenca signalizira polimerazi da treba da pusti DNK. Opruga se tada može ponovo opustiti, a ručke se razmiču. Ovo dovodi početnu sekvencu lanca blizu polimeraze, a molekularna kopir mašina može započeti novi proces transkripcije. Zatim se ciklus ponavlja.

„Na ovaj način, naš nanomotor vrši pulsirajuću akciju“, objasnio je Matijas Čentola, koji je deo istraživačke grupe na čelu sa Famulokom i koja je izvela veliki deo eksperimenata.

Ovom motoru je potrebna energija kao i svakom drugom tipu motora. U ovom slučaju, to obezbeđuje „azbučna supa“ iz koje polimeraza proizvodi transkripte. Svako od ovih slova (u tehničkoj terminologiji nukleotidi) ima mali rep koji se sastoji od tri fosfatne grupe — trifosfata. Da bi priložila novo slovo postojećoj rečenici, polimeraza mora da ukloni dve od ovih fosfatnih grupa. To oslobađa energiju koju može koristiti za povezivanje slova. „Naš motor tako koristi nukleotidne trifosfate kao gorivo“, rekao je Famulok. „Može da nastavi da radi samo kada je dostupan dovoljan broj njih.“

Istraživači su uspeli da pokažu da se motor može lako kombinovati sa drugim strukturama. Ovo bi trebalo da mu omogući da, na primer, luta po površini – slično gusenici koji se vuče duž grane u svom karakterističnom stilu. „Takođe planiramo da proizvedemo vrstu kvačila koja će nam omogućiti da koristimo snagu motora samo u određenim vremenima i da ga na drugi način ostavimo da radi u praznom hodu“, rekao je Famulok. Dugoročno, motor bi mogao postati srce složene nanomašine. „Međutim, ima još mnogo posla da se uradi pre nego što dođemo do te faze.”

Izvor: techbriefs.com