Израильские ученые нашли новый путь создания искусственных молекулярных нанороботов
Ученые из Института Вейцмана раскрыли механизм работы молекулярных машин, которые мгновенно распутывают дефектные белковые цепи. Работа поможет конструированию молекулярных нанороботов.
В каждой клетке нашего организма работают молекулярные механизмы, состоящие из шести субъединиц, образующих кольцо. Долгое время считалось, что эти машины выравнивают белок, протаскивая его сквозь кольцо рывками. При этом на каждый рывок тратится порция энергии. Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, показало, что процесс устроен гораздо изящнее. Используя флуоресцентные метки и метод отслеживания в реальном времени, биологи обнаружили, что белковая цепочка проскальзывает сквозь канал за миллисекунды, а на расщепление одной молекулы "топлива" АТФ (порции энергии) уходит гораздо больше времени, то есть энергетический баланс не сходится.
Оказалось, что молекулярная машина работает по принципу храповика или двери, которая может вращаться только в одну сторону. Машина не тянет белок собственным усилием, а использует тепловое броуновское движение самой белковой цепи. Энергия АТФ тратится только на то, чтобы задать направление и заблокировать движение назад. Специальные петли внутри канала колеблются таким образом, что белок может смещаться только вперед. Но если снабжение энергией нарушается, "запирающий замок" перестает работать. Тогда движение белковой цепи становится хаотичным, что приводит к ошибкам в сборке. Подобные сбои могут приводить к развитию рака и нейродегенеративным заболеваниям.
"Мы обнаружили, что машина использует энергию для инициирования процесса направленного движения, но не для принудительного вытягивания цепи или ускорения ее перемещения", – поясняет профессор Гилад Харан.
Знание этого природного механизма позволит биоинженерам проектировать нанороботы, способные перемещать микрогрузы в организме или очищать поверхности на молекулярном уровне с минимальными затратами энергии. Такие машины найдут применение в адресной доставке лекарств и создании "умных" материалов, которые смогут самостоятельно восстанавливать свою структуру.