Из ДНК собрали наноразмерный вращающийся ротор

Треугольные структуры ДНК–оригами под сканирующим зондовым микроскопом.

Ilko Bald / University Potsdam

Немецкие биохимики создали пассивно вращающийся ротор из самособирающихся фрагментов ДНК. В будущем такой механизм может стать деталью сложных и функциональных наномашин. Рассказ о работе публикует журнал Science Advances.

Современные технологии синтеза молекул ДНК и манипуляции ими – область, которую иногда называют «ДНК–оригами» – позволяет ученым делать первые шаги по конструированию молекулярных «машин». Физики Мюнхенского технического университета собрали и продемонстрировали в действии один из компонентов таких систем – «наноротор». Устройство вдохновлено строением белковых роторов живых клеток – бактериального жгутика и АТФ-синтетазы, которые также вращаются во время работы.

Вращающееся тело – собственно, ротор – этого механизма состоит из 54 двойных спиралей ДНК длиной 94 нуклеотидных основания (около 32 нм), уложенных в полую шестигранную структуру. Статор, внутри которого происходит вращение, представляет собой полую структуру большего диаметра (22 нм), состоящую из 62 спиралей длиной 115 нуклеотидов.

Отдельные спирали ДНК на внутренней поверхности статора и на внешней поверхности ротора заканчиваются одноцепочечными «липкими концами». Они несут комплементарные друг другу основания (15 нуклеотидов) и легко сцепляются друг с другом, фиксируя положение ротора после каждого шага вращения. Из неподвижного цилиндра ротор выходит изогнутым коленчатым рычагом, по его бокам к торцу цилиндра присоединена пара двойных шестигранных цилиндров длиной около 38 нанометров. Они служат своего рода «защелками», блокирующими ротор внутри цилиндра при самосборке.

Успешность сборки своего механизма авторы подтвердили с помощью туннельной электронной микроскопии. В отличие от белковой АТФазы, этот ротор оказался способен к устойчивому пассивному вращению под действием броуновских сил, при этом отклонение его оси по вертикали не превысило 7°, по горизонтали – 14°.

«Биологические макромолекулярные машины могут выполнять сложнейшие задачи, включая транспорт и катализ, – пишут авторы. – Сегодня трудно представить, что человечество когда–нибудь получит синтетические наномашины, способные демонстрировать такую функциональность». Это трудно, но уже не невозможно – и появление «наноротора» из ДНК делает такую перспективу чуть ближе к реальности.

Роман Фишман

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.