Британские и японские ученые собрали микроскопический «мотор» из нескольких молекул ДНК, который может передвигаться в произвольном направлении, считывать новые инструкции и корректировать свой курс в соответствии с ними
За последнее десятилетие биотехнологи разработали множество миниатюрных био-устройств, повторяющих функции их искусственных аналогов. Так, существует уже несколько десятков ДНК-компьютеров, полноценное вычислительное устройство и дисплей из колоний кишечной палочки.
Хироси Сугияма из Киотского университета и его коллеги использовали короткие последовательности ДНК для создания устройства, которое можно считать первым ДНК-роботом. Он умеет передвигаться в пространстве согласно инструкциям, получаемым в режиме реального времени или считываемым из внутренней памяти.
Ученые объединили одноцепочечные короткие последовательности ДНК в единую длинную цепь, отдельный участок которой выделен под «память» устройства. Такой «мотор» предназначен для передвижения по дорожке из цепочки ДНК – к ней на равных промежутках прикреплены короткие «столбики», при помощи которых устройство прыгает от одного узла маршрута к другому.
На этой дорожке существуют и особые «стоп-узлы», которые блокируют дальнейший путь мотора. Для продолжения путешествия устройство должно связаться с узлом согласно одной из инструкций, закодированных в памяти изобретения Сугиямы и его коллег. Кроме того, блокировку пути можно снять вручную при помощи раствора молекул, идентичных инструкциям, записанным в памяти робота.
Память устройства или внешние молекулы соединяются с длинной молекулой ДНК на вершине стоп-узла, которая мешает движению мотора. Это превращает их в мишень для рестриктазы – специального фермента, «отрезающего» образовавшуюся двойную цепочку у ее основания и освобождающего путь для движения мотора.
Для проверки работы своего изобретения биотехнологи собрали около сотни тестовых дорожек с четырьмя конечными пунктами из нескольких десятков обычных узлов и шести «блокпостов». Каждый столбик и стоп-узел были помечены при помощи светящегося белка, который прекращал испускать свет в том случае, если к данному участку пути был прикреплен мотор. Оказалось, что роботы с заранее записанной программой достаточно успешно справлялись с заданием – около 65% моторов доехало до одной из конечных точек, и три четверти достигли запрограммированной цели за 200 минут эксперимента.
Биотехнологи полагают, что их методика может стать базой для создания более сложных структур, имеющих практическое значение – например, они могли бы селективно доставлять лекарства в определенные части организма или для ускорять реакции в бактериях-«биореакторах».
