Команда биоинженеров создала молекулярные моторы для изучения функций клетки

В каждой клетке организма крошечные белковые моторы выполняют жизненно важные функции: движение мышц, деление клеток, скручивание ДНК. Однако точные механизмы их работы до конца не изучены. Чтобы помочь биологам, команда биоинженеров из Стэнфорда разработала набор белковых моторов, которыми можно дистанционно управлять с помощью света.

"Биология полна наномашин, способных выполнять сложные задачи. Мы хотим понять, как они преобразуют химическую энергию в механическую работу", — пояснил руководитель исследования, доцент биоинженерии Зев Брайант.

Команда, включая аспиранта Мунэаки Накамуру, создала чертежи белковых моторов, реагирующих на свет. Соединив ДНК из разных организмов (свиньи, слизевика и овса, который предоставил светочувствительный модуль), биоинженеры получили ДНК-коды для своих белковых моторов.

Результаты описаны в статье, опубликованной 3 августа в журнале Nature Nanotechnology.

При воздействии света новые белковые моторы меняют направление или скорость движения. "Это очень точный пространственный контроль. Возможность управлять моторами в реальном времени станет большим подспорьем для клеточных биологов и биологов развития, изучающих силы и движение в живых системах", — отметил Брайант.

Теперь, имея базовую схему, команда сможет настраивать эти моторы под конкретные задачи биологов. "На следующем этапе мы надеемся предоставить клеточным биологам инструменты, позволяющие очень специфично изменять свойства молекулярных моторов в клеточном контексте", — заявил Брайант.

Контролируемые моторы также могут найти применение вне биологии, например, в диагностических устройствах, для транспортировки, сортировки или концентрирования молекул.

Однако первостепенная цель Брайанта — перестроить эти моторы, добавив функции, никогда ранее не встречавшиеся в биологии, чтобы лучше понять их истинную природу. "Эволюция создала на основе базового дизайна быстрые и медленные моторы, перемещающиеся на разные расстояния. Мы попытались создать разнообразные моторы, чтобы бросить вызов нашему пониманию, выйдя за рамки уже созданного эволюцией".