ДНК-контроллер для автономной сборки и разборки молекулярных роботов
Исследователи из Университета Тохоку и Киотского университета разработали ДНК-молекулярный контроллер, который автономно управляет сборкой и разборкой молекулярных роботов. Эта технология — значительный шаг к созданию продвинутых автономных молекулярных систем для медицины и нанотехнологий.
Результаты опубликованы в журнале Science Advances 31 мая 2024 года.
«Наш новый молекулярный контроллер, состоящий из искусственно созданных молекул ДНК и ферментов, сосуществует с молекулярными роботами и управляет ими, выводя специфические молекулы ДНК», — отмечает Шин-ичиро М. Номура, доцент Высшей школы инженерии Университета Тохоку.
Это позволяет молекулярным роботам самостоятельно собираться и разбираться без внешнего управления, что критически важно для работы в средах, куда нельзя подать внешний сигнал.
Ранее команда профессора Акиры Какого уже создавала роевых молекулярных роботов, которые могли двигаться индивидуально, но их сборка и разборка требовали внешнего вмешательства. Новый контроллер позволяет им делать это автономно по запрограммированной последовательности.
Как это работает
- Контроллер выдает сигнал в виде специфической молекулы ДНК — команду «собраться».
- Микротрубочки в растворе, модифицированные ДНК и приводимые в движение кинезиновыми молекулярными моторами, получают этот сигнал.
- Они выравнивают направление движения и автоматически собираются в пучковую структуру.
- Затем контроллер выдает сигнал «разобраться», и пучки микротрубочек распадаются.
Это динамическое изменение достигается за счет прецизионного управления молекулярной схемой, которая работает как высокоточный сигнальный процессор. Контроллер сосуществует в одном растворе с роботами, что исключает необходимость внешних манипуляций.
Значение и перспективы
- Технология открывает путь к созданию более сложных автономных молекулярных систем.
- Молекулярные роботы смогут выполнять задачи, непосильные в одиночку: собираться для работы по команде, а затем рассеиваться для поиска целей.
- Исследование также расширило условия активности роботов за счет интеграции разных молекулярных групп (системы ДНК-схем и системы моторных белков).
«Комбинируя молекулярный контроллер с более сложными ДНК-схемами, устройствами для усиления молекулярной информации и технологиями дизайна биомолекул, мы ожидаем, что роевые молекулярные роботы смогут автономно обрабатывать более широкий спектр биомолекулярной информации», — добавляет Номура.
Это может привести к созданию инновационных технологий, таких как наномашины для in-situ распознавания молекул и диагностики или интеллектуальные системы доставки лекарств.