Искусственный белковый мотор «Газонокосилка» использует «траву» в качестве топлива
Международная исследовательская группа под руководством Университета Саймона Фрейзера (SFU) создала первый синтетический белковый мотор, который использует биологические реакции для получения энергии и самостоятельного движения.
«Представьте, если бы робот-пылесос работал только на той пыли, которую он собирает», — говорит профессор физики SFU Нэнси Форд, соавтор исследования.
В статье, опубликованной в Nature Communications, команда описала белковый молекулярный мотор под названием «Газонокосилка». Он предназначен для «скашивания» газона из пептидной «травы». Мотор использует пищеварительный фермент трипсин, чтобы разрезать пептиды и преобразовать их в энергию, необходимую для движения.
Исследователи из SFU и Лундского университета (Швеция) продемонстрировали, что «Газонокосилка» способна к самостоятельному движению. Её можно направлять по заданным траекториям с помощью специально разработанной дорожки. Это важный шаг к практическому применению таких моторов.
Работа основана на десятилетиях исследований роли молекулярных моторов в живых организмах. Все живые системы — от человека до бактерий — поддерживаются белковыми молекулярными моторами. Эти моторы преобразуют химическую энергию для выполнения полезной работы: деления клеток, транспортировки грузов, движения к пище или свету, поддержания здоровья тканей.
«Газонокосилка» — первое искусственное моторное устройство, созданное из природных белков. По словам Форд, такие эксперименты помогают проверить наше понимание принципов работы природных молекулярных моторов.
«Если правила, которые мы изучили, наблюдая за природными моторами, верны и достаточны, то мы должны быть способны собрать моторы из разных белковых частей и заставить их работать ожидаемым образом», — объясняет она.
В будущем молекулярные моторы могут найти важное применение в медицине и биокомпьютинге. В организме человека моторные белки особенно важны для транспорта внутри нейронов. Понимание работы этих молекулярных машин может быть ключом к лечению заболеваний мотонейронов, таких как рассеянный склероз и спастическая параплегия.
Молекулярные машины, имитирующие биологические процессы, также могут помочь в целевой доставке лекарств.
«Считается, что вирус гриппа действует как молекулярный мотор, чтобы проникнуть в область вокруг клеток и заразить их. Возможно, синтетические моторы могли бы использовать тот же подход, но вместо заражения клеток их можно было бы запрограммировать на доставку лекарств строго к пораженным клеткам», — говорит Форд.
Команда вдохновлена словами нобелевского лауреата Ричарда Фейнмана: «То, что я не могу создать, я не понимаю». Работа группы направлена на проверку понимания фундаментальных принципов работы молекулярных машин путём их создания с нуля.