Организм использует молекулярные моторы на основе белков для выполнения функций, необходимых для жизни. Теперь исследователи создали «Газонокосилку», первый синтетический двигатель, созданный по образцу тех, что встречаются в природе, который приводит себя в движение, используя энергию, которую он создает, прорезая поля белков. Это может изменить наше лечение целого ряда заболеваний.
«Представьте, если бы Roomba мог работать только за счет собираемой им грязи», — сказала Нэнси Форд, профессор физики Университета Саймона Фрейзера (SFU) и соавтор исследования. соответствующий автор исследования, в котором она и ее коллеги-исследователи описывают свое творение — синтетический молекулярный двигатель, который использует энергию биологических реакций для своего движения.
Все живые организмы, от людей до бактерий и растений, поддерживаются молекулярными двигателями на основе белков, которые преобразуют энергию из одной формы в механические силы и движение, которые обеспечивают деление клеток, доставку грузов, движение к пище или свету и поддержание здоровых тканей. Исследователи СФУ в сотрудничестве с Лундским университетом (Швеция) использовали десятилетия исследований молекулярных двигателей, встречающихся в природе, чтобы реализовать свое новое творение.
Схема Механизм газонокосилкиKorosec et al.
«Если правила, которые мы усвоили, изучая молекулы природы, верны и достаточны, то мы сможем создавать двигатели из различных частей белка и заставлять их работать ожидаемым образом», — сказал Форд.
<р>Исследователей вдохновил класс молекулярных двигателей, известных как храповики со сгоревшим мостом (BBR). BBR достигают направленного движения на большие расстояния, поглощая и разрушая богатые энергией субстраты во время движения, предотвращая движение назад. Вдохновившись этим, они создали первый молекулярный двигатель из природных белков, который они назвали «Газонокосильщик».
Газонокосилка представляет собой сферу, покрытую трипсином, ферментом, который помогает организму расщеплять белки. Как только он приземляется на поверхность, «лезвия» трипсина связываются и расщепляют пептиды, белки меньшей длины, превращая их в энергию. Недостаток пептидов, оставшихся в следах газонокосилки, создает градиент свободной энергии, подталкивая ее к нерасщепленной пептидной «траве». Он продолжает «косить» на ходу, достигая средней скорости до 80 нм/с, что сравнимо с биологическими молекулярными моторами. Исследователи также обнаружили, что, нанося рисунок пептидной травы на микрогусеницы, газонокосилка могла двигаться по направляющим.
A. Схема газонокосилки, движущейся по каналу, содержащему пептиды. B. Траектории газонокосилок на пептидных газонах, окрашенные от зеленого до красного для иллюстрации временного хода движенияKorosec et al.
Газонокосилка может найти важное применение в медицине и биокомпьютерах. Дисфункция молекулярных моторов в нейронах связана со многими нейрональными заболеваниями человека. Знание того, как эти моторы работают в здоровых и больных состояниях, может быть ключом к пониманию и лечению заболеваний двигательных нейронов, таких как рассеянный склероз и спастическая параплегия. Их также можно использовать для адресной доставки лекарств.
«Считается, что грипп действует как молекулярный двигатель, проникая в область вокруг клеток и заражая их», — сказал Форд. «Возможно, синтетические двигатели могли бы использовать тот же подход, но вместо того, чтобы заражать клетки, их можно было бы сконструировать так, чтобы они доставляли лекарственные препараты конкретно на больные клетки».
Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications. .
