ДНК-оригами помогли масштабировать молекулярные моторы

Исследователи успешно использовали ДНК-оригами для создания гладкомышечных сокращений в крупных сетях молекулярных моторных систем. Это открытие может найти применение в молекулярной робототехнике.

«Мы успешно продемонстрировали запрограммированную самосборку биомолекулярной моторной системы», — пишут авторы исследования из Японии и Германии.

Биомолекулярная моторная система, состоящая из волокнистых микротрубочек и моторного белка кинезина, играет ключевую роль в клеточных транспортных системах. Учёные полагают, что эти моторы можно использовать в молекулярной робототехнике, но сборка крупной системы из крошечных молекул остаётся сложной задачей.

В исследовании, опубликованном в Nano Letters, команда под руководством Акиры Какого (Университет Хоккайдо), Акинори Кузуя (Университет Кансай) и Акихико Конагая (Токийский технологический институт) разработала систему, объединяющую ДНК-оригами и микротрубочки. Структуры ДНК-оригами были сформированы из шести сплетённых вместе спиралей ДНК. При смешивании двух компонентов микротрубочки самоорганизовались вокруг ДНК-оригами, образуя звездообразные структуры. Эта самосборка стала возможной благодаря связыванию комплементарных цепей ДНК, присоединённых к каждому компоненту.

Затем команда создала «линкер кинезина», состоящий из четырёх моторных белков кинезина, расходящихся от центрального стержневого белка. Эти линкеры соединили микротрубочки, заставив множество звездообразных сборок объединиться в гораздо более крупную иерархическую сеть.

При добавлении в систему аденозинтрифосфата (АТФ) — молекулы, запасающей и переносящей энергию, — линкеры кинезина пришли в движение. Это вызвало динамическое сокращение микротрубочковой сети в течение нескольких минут. По словам исследователей, это напоминало сокращение гладких мышц.

Динамическое сокращение происходило только в присутствии ДНК-оригами, что указывает на важность иерархической сборки внутри 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 микрофлюидных устройств», — говорит Акира Какого.