ДНК помогла управлять роем молекулярных моторов из микротрубочек

Химики научились управлять роем из молекулярных моторов с помощью молекул ДНК. Оказалось, что с помощью ДНК-линкеров нескольких типов можно заставить микротрубочки формироваться в группы, разъединяться обратно или вызывать их совместное поступательное и вращательное движение, сообщают ученые в Nature Communications.
Рой роботов обычно представляет из себя набор одинаковых относительно простых в конструкции механизмов, коллективное поведение которых определяется роевым интеллектом и основано только на взаимодействии между собой и с окружающей средой без центра управления, раздающего команды каждому в отдельности. Обычно перед роем роботов ставят задачу принять ту или иную форму или совершать заданные движения.
Подобные же задачи встают и при переходе на молекулярный уровень. Известно, что роевое поведение может быть характерно для некоторых биологических систем, в частности биомолекулярных моторов или элементов цитоскелета. Самые маленькие на сегодняшний день молекулярные роботы, способные к коллективной работе, это микротрубочки — собранные из тубулина полые цилиндры диаметром примерно 25 нанометров и длиной от 2 до 20 микрометров. Их коллективное поведение основано на работе кинезина и соединительных элементов, которые обеспечивают взаимную организацию на достаточно больших расстояниях, во много раз превосходящих размер отдельных микротрубочек. Такие системы можно использовать, например, для создания активной жидкости, которая может течь без приложения внешней силы.
Группа японских и американских химиков под руководством Акиры Какуго (Akira Kakugo) из Университета Хоккайдо нашла способ управления движением отдельных элементов и их коллективным поведением в аналогичной искусственной системе, состоящей из большого количества молекулярных моторчиков, роль которых выполняли как раз микротрубочки. Чтобы можно было контролировать их поведение, ученые пришили к ним небольшие участки ДНК. Для визуализации к ДНК также пришивались несколько различных флуоресцентных красителей, по которым разные микротрубочки можно было отличать друг от друга.
По словам авторов работы, результаты работы будут полезны как для фундаментального понимания принципов работы и возможного управления коллективной работой систем молекулярных моторов, так и для развития ДНК-нанотехнологий и создания систем кодирования информации на молекулярном уровне.
Использовать облучение светом для управления роевым поведением роботов можно не только на молекулярном уровне, но и для небольших традиционных роботов, управляемых вибромоторами. Так, рой роботов Kilobots с помощью единственного источника света можно заставить разбегаться в разные стороны, образуя на плоскости фигуры заданной формы.
Александр Дубов