Ученые сумели имплантировать кремниевые нити 20−40 нм толщиной в липидную мембрану, чтобы передавать и получать сигнал между ее внутренней частью и окружающим миром. Словом, воспроизвести одну из важнейших функций живой клетки.
Электроника и жизнь: Провода для клетки
Кремниевые нанонити позволяют контролировать поток ионов через липидную мембрану

Возможно, эта работа станет еще одним небольшим шагом к созданию интегрированных биологических и электронных систем. А такие системы обеспечат нам совершенно поразительные возможности — скажем, постоянного мониторинга состояния отдельной клетки без нарушения ее нормальной работы.

К сожалению, до этого светлого будущего еще очень и очень далеко, интеграция живых и электронных систем остается задачей крайне сложной. Взять хотя бы такой важный процесс, как перенос заряженных ионов через клеточную мембрану, одно из средств «общения» между клетками и основной способ передачи сигнала нейронами. До сих пор никто не смог создать электронное устройство, способное контролировать этот процесс.

Первым стал калифорнийский биохимик Александр Ной (Aleksandr Noy) и его коллеги, которые сумели интегрировать кремниевые нанонити в липидный бислой. Эта структура в своей основе аналогична клеточной мембране и состоит из двух слоев молекул липидов, развернутых наружу своей гидрофильной («водолюбивой») частью, а друг к другу — гидрофобной («водоотталкивающей»). Внедренные в такой «бутерброд» нанонити оказались способны превращать поток ионов, проходящих сквозь внедренные в него транспортные белки, в электрический сигнал, и наоборот. «Устройство, — поясняет Ной, — способно контролировать действие белков: «открывать» и «закрывать» их, а деятельность белков меняет выходной сигнал на устройстве».

В своих опытах ученые использовали небольшой бактериальный белок грамицидин А (входящий в состав известного антибиотика), который, внедряясь в липидную мембрану, формирует канал, через который могут двигаться протоны и другие небольшие положительно заряженные ионы. Когда этот процесс запускался, ученые моментально получали об этом информацию: в нанонитях появлялся электрический сигнал. Им также удалось полностью блокировать канал с помощью ионов кальция, как это происходит и в природе.

Затем был использован другой белок-антибиотик, выделенный из грибов аламетицин, который также встраивается в мембрану и образует в ней канал для движения ионов. На этом этапе ученые прилагали напряжение к нанонитям, и это приводило к тому, что встроенные белки принимали нужную пространственную конфигурацию, и канал открывался.

«Что тут действительно поражает, — комментирует биохимик из Ирландии Кеннет Доусон (Kenneth Dawson), — это то, что им удалось приложить напряжение к «проводу» и заставить белки выстроиться так, как нужно — то есть, воспроизвести естественный процесс формирования белковых ионных каналов».

Это достижение даже позволило ирландскому ученому немного помечтать о будущем подобных технологий: «В природе имеется великое множество сложных белков, способных делать совершенно фантастические вещи. И я думаю, эти их способности надо использовать, чтобы создавать из них еще более сложные системы для самых разных задач. Впрочем, мы еще очень далеко от практического решения этих вопросов. Но и прогресс в этой области очень и очень велик — если все и дальше пойдет так, я уверен, что мы увидим первые практические результаты уже в ближайшие лет 5, а то и раньше».

Читайте также о том, как исследователи из Оксфорда собрали искусственные клетки, а из них — несложную электрическую схему: «Клеточный выпрямитель».

По публикации Nature News