Учёные создали наноразмерную автономную "ходячую машину" из ДНК

Исследователи из Техасского университета в Остине разработали наноразмерную машину из ДНК, способную случайным образом перемещаться в любом направлении по неровным поверхностям. В будущем такие "ДНК-ходоки" могут использоваться, например, в качестве детекторов рака, способных перемещаться по телу в поисках раковых клеток и помечать их для медицинской визуализации или целевой доставки лекарств.

Исследование, проведённое учёными Чхольхи Чуном, Питером Б. Алленом и Эндрю Эллингтоном и опубликованное на этой неделе в журнале Nature Nanotechnology, представило ДНК-машины, способные ходить без заранее заданной программы и в разных направлениях по поверхности, покрытой ДНК. Ранее наночастицы-ходоки могли перемещаться только по точным и запрограммированным одномерным и двумерным траекториям. Новый ходок способен сделать 36 шагов, а его случайное движение отличается от перемещений, описанных в других работах.

"Это важный шаг вперёд в разработке наноразмерных нуклеиново-кислотных машин, способных автономно действовать в различных условиях, в том числе внутри организма", — сказал Эллингтон, профессор кафедры молекулярных бионаук и член Центра системной и синтетической биологии UT. "Нанотехнологии на основе ДНК особенно интересны, потому что они исследуют мир 'материальных компьютеров', где вычисления (включая ходьбу) выполняются физическими объектами, а не электронными или магнитными носителями. ДНК-ходоки могут в конечном итоге позволить защитным клеткам 'ходить' по поверхности органов, постоянно вычисляя, присутствует ли рак".

Более близкие практические применения могут включать размещение ДНК-ходока в организме для усиления сигналов от раковых клеток, чтобы врачам было легче их идентифицировать и нацеливаться на них. Также это может иметь значение для будущей доставки наноразмерных терапевтических средств.

Хотя путь от диагностики рака до его излечения может быть долгим, "Все прорывы начинаются с маленьких шагов. Только в данном случае это шаги ДНК-ходока", — сказал соавтор Чун.

Ходок состоит из одной цепочки ДНК с двумя "ногами", соединёнными "туловищем". Подобно человеку, он движется, выдвигая одну ногу вперёд, затем поднимая другую и также выдвигая её вперёд. Ходок автономно и случайным образом решает, куда поставить ногу на каждом шаге. Исследование показало, что, перемещаясь, наноразмерная машина не проходила дважды по одной и той же области.