Биотехнологи создали из ДНК гибрид мотора и вычислительного устройства

Британские и японские ученые собрали микроскопический «мотор» из нескольких молекул ДНК, который может не только передвигаться в произвольном направлении, но и считывать новые инструкции, корректируя свой курс в соответствии с ними, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology.

За последнее десятилетие биотехнологи разработали множество миниатюрных био-устройств, повторяющих функции их «неживых» аналогов. В частности, существует уже несколько десятков ДНК-компьютеров, полноценное вычислительное устройство и дисплей из колоний кишечной палочки.

Хироси Сугияма (Hiroshi Sugiyama) из Киотского университета (Япония) и его коллеги использовали короткие последовательности ДНК для создания устройства, которое можно считать первым примитивнейшим ДНК-роботом. Их детище умеет передвигаться в пространстве согласно инструкциям, которые он получает в режиме реального времени или считывает из своей внутренней памяти.

Ученые объединили одноцепочечные короткие последовательности ДНК в единую длинную цепь, отдельный участок которой выделен под «память» устройства. Такой «мотор» предназначен для передвижения по дорожке из цепочки ДНК. К ней на равных промежутках прикреплены короткие «столбики», при помощи которых устройство прыгает от одного узла маршрута к другому. На этой дорожке существуют и особые «стоп-узлы», которые блокируют дальнейший путь мотора. Для продолжения путешествия устройство должно связаться с узлом согласно одной из инструкций, закодированных в памяти изобретения Сугиямы и его коллег. Кроме того, блокировку пути можно снять вручную при помощи раствора молекул, идентичных инструкциям, записанным в памяти робота.

Память устройства или внешние молекулы соединяются с длинной молекулой ДНК на вершине стоп-узла, которая мешает движению мотора. Это превращает их в мишень для рестриктазы – специального фермента, «отрезающего» образовавшуюся двойную цепочку у ее основания и освобождающего путь для движения мотора.

Для проверки работы своего изобретения биотехнологи собрали около сотни тестовых дорожек с четырьмя конечными пунктами из нескольких десятков обычных узлов и шести «блокпостов». Каждый столбик и стоп-узел были помечены при помощи светящегося белка, который прекращал испускать свет в том случае, если к данному участку пути был прикреплен мотор. Иными словами, отсутствие свечения в конкретном участке дорожки указывало на то, что здесь находился «двигатель», разработанный учеными.

Оказалось, что роботы с заранее записанной программой достаточно успешно справлялись с заданием – около 65% моторов доехало до одной из конечных точек, и три четверти достигли запрограммированной цели за 200 минут эксперимента.

Биотехнологи полагают, что их методика может стать базой для создания более сложных структур, имеющих практическое значение. В частности, такие роботы могут быть использованы для селективной доставки лекарств в определенные части организма или для ускорения реакций в бактериях-«биореакторах».

Источник: nanonewsnet.ru