Teadlased kavandavad pulseeriva nanomootori

19. oktoober 2023 (Nanowerki uudised) Bonni ülikooli juhitud rahvusvaheline teadlaste meeskond on välja töötanud uudse nanomootori tüübi. Seda juhib nutikas mehhanism ja see suudab sooritada pulseerivaid liigutusi. Teadlased plaanivad seda nüüd siduriga varustada ja keeruliste masinate ajamina paigaldada.

Võtme tagasivõtmine

Teadlased on välja töötanud uut tüüpi nanomootori, mis teeb pulseerivaid liigutusi sarnaselt käepideme treeneriga, kuid on miljon korda väiksem.

Nanomootor kasutab RNA polümeraase, et liikuda mööda DNA ahelat, tõmmates selle käepidemed tsükli jooksul üksteisele lähemale, jäljendades valkude funktsiooni rakkudes.

Selle ainulaadse mootori toiteallikaks on nukleotiidtrifosfaadid, sama energiaallikas, mida rakud kasutavad valkude loomiseks.

On tõestatud, et mootor on kergesti kombineeritav teiste struktuuridega, mis viitab selle potentsiaalsele kasutamisele keerulistes nanomasinates.

Further work is being done to optimize the nanomotor’s performance, including the development of a clutch system to control its activity.

Uut tüüpi nanomootor RNA polümeraasiga, mis tõmbab kaks "käepidet" kokku ja seejärel vabastab need uuesti. See tekitab pulseeriva liikumise. (Pilt: Mathias Centola, Bonni ülikool)

Teadustöö

The team’s findings have now appeared in the journal Loodus Nanotehnoloogia (“A rhythmically pulsing leaf-spring DNA-origami nanoengine that drives a passive follower”). See uudne mootor sarnaneb käepideme trenažööriga, mis tugevdab regulaarsel kasutamisel haaret. Mootor on aga umbes miljon korda väiksem. Kaks käepidet on ühendatud vedruga V-kujulises konstruktsioonis. Käepideme trenažööris surute käepidemed kokku vedru takistuse vastu. Kui olete käepideme vabastanud, lükkab vedru käepidemed tagasi algasendisse. "Meie mootor kasutab väga sarnast põhimõtet," selgitab prof dr Michael Famulok Bonni ülikooli elu- ja meditsiiniteaduste (LIMES) instituudist. "Kuid käepidemeid ei suruta kokku, vaid pigem tõmmatakse kokku." Sel eesmärgil on teadlased uuesti kasutusele võtnud mehhanismi, ilma milleta poleks taimi ega loomi. Iga kamber on varustatud omamoodi raamatukoguga. See sisaldab jooniseid igat tüüpi valkude jaoks, mida rakk vajab oma funktsioonide täitmiseks. Kui rakk soovib toota teatud tüüpi valku, tellib ta vastava kavandi koopia. Seda transkripti toodavad RNA polümeraasid.

RNA polümeraasid juhivad pulseerivaid liigutusi

Algne plaan koosneb pikkadest DNA ahelatest. RNA polümeraasid liiguvad mööda neid ahelaid ja kopeerivad salvestatud teavet täht-tähe haaval. "Võtsime RNA polümeraasi ja kinnitasime selle oma nanomasina ühe käepideme külge," selgitab Famulok, kes on ka Bonni ülikooli transdistsiplinaarsete uurimisvaldkondade "Life & Health" ja "Matter" liige. "Läheduses pingutasime kahe käepideme vahel ka DNA ahelat. Polümeraas haarab selle ahela külge, et seda kopeerida. See tõmbab end piki alust ja transkribeerimata osa muutub järjest väiksemaks. See tõmbab teist käepidet vähehaaval esimese poole, surudes samal ajal vedru kokku. Käepidemete vaheline DNA ahel sisaldab teatud tähtede jada vahetult enne selle lõppu. See niinimetatud terminatsioonijärjestus annab polümeraasile signaali, et see peaks DNA-st lahti laskma. Vedru saab nüüd taas lõdvestuda ja liigutab käepidemed laiali. See viib ahela algusjärjestuse polümeraasi lähedale ja molekulaarne koopiamasin võib alustada uut transkriptsiooniprotsessi: tsükkel kordub seega. "Nii teostab meie nanomootor pulseerivat tegevust," selgitab Mathias Centola suure osa katsetest läbi viinud prof Famuloki juhitud uurimisrühmast.

Tähestikusupp toimib kütusena

Ka see mootor vajab energiat nagu iga teinegi mootor. Seda annab "tähestikusupp", millest polümeraas toodab transkripte. Igal neist tähtedest (tehnilises terminoloogias: nukleotiidid) on väike saba, mis koosneb kolmest fosfaatrühmast – trifosfaadist. Olemasolevale lausele uue tähe lisamiseks peab polümeraas eemaldama kaks neist fosfaatrühmadest. See vabastab energiat, mida saab kasutada tähtede ühendamiseks. "Meie mootor kasutab seega kütusena nukleotiidtrifosfaate, " ütleb Famulok. "See saab jätkata ainult siis, kui neid on saadaval piisav arv." Üksikuid nanomootoreid jälgides suutis üks USA-s Michigani osariigis asuv koostööpartner näidata, et nad ka tegelikult oodatud liikumist läbi viivad. Arizona uurimisrühm simuleeris protsessi ka kiiretel arvutitel. Tulemusi saab kasutada näiteks mootori optimeerimiseks, et see töötaks kindla pulsatsioonisagedusega. Lisaks suutsid teadlased näidata, et mootorit saab hõlpsasti kombineerida teiste struktuuridega. See peaks võimaldama tal näiteks mööda pinda rännata – sarnaselt inchworm’ile, kes tõmbab end omale iseloomulikul moel mööda oksa. "Kavatseme toota ka sellist tüüpi sidurit, mis võimaldab kasutada mootori võimsust ainult teatud aegadel ja jätta selle muul juhul tühikäigule," selgitab Famulok. Pikemas perspektiivis võib mootorist saada keeruka nanomasina süda. "Kuid enne sellesse etappi jõudmist on veel palju tööd teha."

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63890.php