РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Молекула-робот: Пауки наномира

Новый робот подчиняется командам: начинает движение, поворачивается и останавливается. Все было бы совсем неинтересно, если б робот этот не представлял собой одну-единственную молекулу.
Молекула-робот: Пауки наномира

Профессор Эрик Уинфри (Erik Winfree) говорит: «Традиционно под роботом понимают машину, реагирующую на окружение, способную к принятию решений на этой основе — и, в конце концов, действующую». Именно он стал одним из руководителей крупной группы ученых, которые занялись «ужиманием» роботов до молекулярных размеров.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

В самом деле, когда дело дойдет до настоящих нанотехнологий, манипулирования структурами уровня отдельных молекул и атомов, роботы способны дать все те же преимущества, что дают роботы на линии какого-нибудь современного завода. Теоретически, мы должны научиться программировать их к определенной реакции на определенные внешние стимулы (например, на молекулы-маркеры болезни в живой клетке), вырабатывать решение на основе заранее заложенного алгоритмы (например, что клетка переродилась в злокачественную опухолевую, и ее необходимо «нейтрализовать») и, наконец, действовать согласно принятому решению (высвободить «груз» лекарств). Или — если вернуться к аналогии с заводом — отбирать нужные компоненты, объединять их, создавая наноразмерные структуры без всякого вмешательства человека.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

На первый взгляд задача кажется неразрешимой. Как вообще возможно запрограммировать молекулу? Но более вдумчивый подход позволил ученым найти выход. У молекулы нет памяти для хранения алгоритмов и данных? Хорошо, будем хранить их вне ее. Насытим информацией саму среду, в которой будет действовать молекулярный робот.

Тут на помощь приходит метод ДНК-оригами, в основе которого лежит манипулирование отдельными звеньями цепочки ДНК с тем, чтобы тем самым определять свойства структур, которые будет образовывать целая цепочка. Таким способом ученые уже научились создавать ДНК-структуры самой разной формы — и мы писали о них в заметке «Ларчик с ключиком». В данном же случае с помощью ДНК-оригами ученые «уложили» нити ДНК в плоскость, пакуя их в квадраты со стороной около 100 нм и получив подложку толщиной около 2 нм.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

На конце каждой нити ДНК имелась короткая олигонуклеотидная цепочка, не уложенная в эту плоскость, они торчали над ее поверхностью, как сигнальные маячки. Эти-то олигонуклеотиды и несли информацию для будущего молекулярного робота. Пока что это простые команды: старт, вперед, назад, вправо, влево, стоп.

Сам же робот, которого исследователи назвали «Пауком» (Spider), был собран одним из них, профессором Миланом Стояновичем (Milan Stojanovic), еще несколько лет назад. Это, по сути, клубок из ДНК и белков, который демонстрирует способность к хаотическому перемещению по плоской поверхности.

Чтобы получить «Паука», требуется глобулярный белок стрептавидин, несущий 4 симметричных центра связывания для биотина (соединение это более известно под названием витамина Н). Посредством биотина к белку и крепятся 4 конечности робота, представляющие собой короткие нити ДНК. Получается, что паук, в отличие от обычных, четырехногий. При этом ДНК в трех из его ног обладает энзиматической активностью: они связываются с комплиментарными нитями ДНК и делают в них надрезы. Четвертая нога крепит «Паука» на месте.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Как только она высвобождается, робот начинает движение по подложке, из которой торчат «командные» нити олигонуклеотидов. Он связывается с ними свободной конечностью, затем надрезает и высвобождается, уже ухватившись очередной ногой за следующую нить. Таким способом робот движется, точно следуя путем, который, как маячками, ученые обозначили олигонуклеотидами. Пока не попадает на такой, с которым может связаться, но разрезать который не в силах. Тут «Паук» останавливается».

На фоне других роботов на основе ДНК-конструктора «Паук» выглядит настоящим чемпионом. Все, на что способны конкуренты — сделать 2−3 заранее запрограммированных шага. А «Паук» в лаборатории преодолел аж 100 нм, что составляет около 50-ти его шагов. На порядок круче.

По пресс-релизу Caltech

Загрузка статьи...