Биотехнологи создали из ДНК гибрид мотора и вычислительного устройства
22 января 2012 года
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".