Исследователи успешно использовали ДНК-оригами для выполнения подобных гладким мышцам сокращений в больших сетях молекулярных двигательных систем, открытие, которое может быть применено в молекулярной робототехнике.
"Мы успешно продемонстрировали запрограммированную самосборку биомолекулярной моторной системы", - пишут исследователи из Японии и Германии, проводившие исследование.
Биомолекулярная моторная система, состоящая из фиброзных микротрубочек и моторных белковых кинезинов, играет важную роль в клеточных транспортных системах. Ученые считают, что они могут использовать двигатели в молекулярной робототехнике, но собрать большую систему из крошечных молекул по-прежнему сложно.
В текущем исследовании, опубликованном в Nano Letters, исследовательская группа, в которую входили Акира Какуго из Университета Хоккайдо, Акинори Кудзуя из Университета Кансай и Акихико Конагая из Токийского технологического института, разработала систему, сочетающую ДНК-оригами и микротрубочки. ДНК-оригами были сформированы из шести спиралей ДНК, связанных вместе. Смешивание двух компонентов вызвало самосборку микротрубочек вокруг ДНК-оригами, образующих звездообразные структуры. Эта самосборка стала возможной благодаря связыванию комплементарных нитей ДНК, прикрепленных к каждому компоненту.
Затем команда разработала «кинезиновый линкер», который состоит из четырех кинезиновых моторных белков, исходящих из центрального ядра белка. Эти кинезиновые линкеры соединяли микротрубочки вместе, вызывая соединение нескольких звездообразных сборок, образуя гораздо более крупную иерархическую сеть.
Когда в систему добавляли аденозинтрифосфат (АТФ), молекулу, которая хранит и переносит энергию, кинезиновые линкеры перемещались, заставляя сеть микротрубочек динамически сокращаться в течение нескольких минут. По мнению исследователей, это напоминало сокращение гладких мышц.
Это динамическое сокращение происходило только при наличии ДНК-оригами, что свидетельствует о важности иерархической сборки в сети микротрубочек. «Дальнейшие исследования могут привести к использованию ДНК для контролируемой, программируемой самосборки и сокращения биомолекулярных моторов. Такие моторы могут найти применение в молекулярной робототехнике и разработке микроклапанов для микрожидкостных устройств», - говорит Акира Какуго.