Химики создали рекордно быстрый ДНК-мотор

Химики из университетов Эмори и Пердью разработали новый ДНК-мотор, который, в отличие от традиционных молекулярных машин, не «ходит», а катается по специальным поверхностям. Авторы сравнивают свою разработку с изобретением колеса, Исследование опубликовано в журнале Nature Nanotechnology, кратко о нем сообщает пресс-релиз Университета Эмори.

В роли мотора выступает кремниевая микросфера, на поверхности которой химики закрепили большое количество одинаковых остатков ДНК. В эксперименте эту микросферу помещали на поверхность золотой пластинки, покрытой короткими фрагментами комплиментарных олигонуклеотидов. Связи между мотором и активной поверхностью были устроены следующим образом: на поверхности золота была закреплена короткая цепочка ДНК, к которой авторы присоединяли химерную цепочку ДНК/РНК. Именно РНК-фрагмент последней связывался с «ногами» на микросфере.

В таком состоянии мотор мог просто покоиться на золотой пластинке, для его запуска химики использовали специальный катализатор — рибонуклеазу H. Это особый фермент, способный гидролизовать только те участки РНК, которые соединены с цепью ДНК. В результате этого микросфера начинала открепляться от подложки с одной стороны, что делало ее подвижной и позволяло создавать новые связи с подложкой с другой — мотор начинал катиться.

Скорость его движения оказалась на три порядка превышающей скорости ранее описанных «ходячих» ДНК-моторов. На преодоление одного сантиметра новой молекулярной машине требовалось всего семь дней, в то время как четырехногим моторам требуется на это около 20 лет. Интересно отметить, что если одиночная микросфера двигалась хаотично, то две случайно слипшиеся микросферы оказались движущимися прямолинейно.

Химики нашли и подали заявки на патенты для ряда применений разработки. В частности, по их словам, мотор может выступать в роли высокочувствительного сенсора, способного отмечать единичные нарушения в коротких олигонуклеотидных цепочках. Это будет выражаться в изменении скорости мотора или его остановке. Важно отметить, что движение микросфер очень легко увидеть с помощью простейшего оборудования. Для демонстрации этого авторы использовали микроскоп, сделанный из смартфона и пластиковой линзы от лазерной указки, прикрепленной к нему. 

Разработчики искусственных молекулярных моторов стремятся достигнуть как можно больших скоростей, однако по-прежнему самыми быстрыми остаются природные «двигатели». К примеру, кинезин, известный транспортный белок, способный перемещаться вдоль микротрубочек и переносить питательные вещества, все еще в 10 раз быстрее, чем предложенный мотор.