Биотехнологи научились создавать нано-"трансформеры" из нитей ДНК
Международный коллектив ученых создал методику, которая позволяет создавать нано-машины из коротких молекул ДНК, способных самостоятельно пересобираться и менять свою структуру, что позволит инженерам собирать сложных и многофункциональных роботов из уже готовых деталей, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.
Сегодня в большинстве опытов с наномашинами на базе ДНК используется особый класс методов их сборки, которые в научном сообществе известны под собирательным названием «ДНК-оригами». В этой методике основой для любых деталей биомашин служит длинная одинарная цепочка ДНК, которая сплетается в нужный трехмерный предмет при помощи коротких «шпилек» из нескольких нуклеотидов - кирпичиков ДНК.
Как отмечает Хендрик Дитц (Hendrik Dietz) из Технического университета Мюнхена (Германия), подобные наноконструкции весьма ограничены в своем применении и их форму и функцию можно задать лишь один раз при первоначальной сборке.
Проблема, по его словам, заключается в самой технологии сборки - для соединения деталей «оригами» и сплетения одиночной цепочки ДНК используются прочные химические связи между самими нуклеотидами, которые крайне сложно разорвать. Дитц и его коллеги нашли решение этой проблеме, используя те же принципы, который живые клетки используют при сборке и работе сложных белковых молекул и при транспортировке нуклеотидов к месту сборки цепочек ДНК.
Они начали использовать в качестве базовых элементов не нуклеотиды или «шпильки» из них, а готовые блоки, своеобразные «кубики лего» из молекул ДНК. Подобные блоки могут соединяться с другими «кубиками» при определенных условиях и формировать произвольные трехмерные структуры, а затем распадаться на части при изменении температуры, химического состава среды или других параметров.
Как и в случае с настоящими «кубиками лего», эти строительные блоки можно запрограммировать так, что их можно будет собрать только определенным образом. Это позволяет собирать из них сложных, крайне подвижных и многофункциональных нано-роботов, способных самособираться после прибытия к месту работы в виде «супа» из ДНК-частиц, а затем разбираться на части, когда в них нет необходимости.
Для демонстрации работоспособности этой технологии Дитц и его коллеги собрали несколько «трансформеров», способных работать в качестве двигателей, рук-манипуляторов и других инструментов. Их работой можно управлять, меняя концентрацией ионов в растворе, что заставляет их или включаться, или выключаться. В свою очередь, повышение температуры заставляет таких «трансформеров» менять форму и пересобираться, одновременно служа источником энергий для таких преобразований.
Однако главным плюсом этой технологии является ее простота для инженеров - подобных роботов можно собирать, по словам Дитца, прямо на компьютере, используя специальный язык программирования, подобный машинному языку процессора. Как надеются ученые, эта гибкость и удобство помогут вывести технологию ДНК-роботов на практический уровень.