A kutatók pulzáló nanomotort terveznek

A kutatók pulzáló nanomotort terveznek

Időbélyeg: 19. október 2023. 10:37
Forrás csomópont: 2945091
19. október 2023. (Nanowerk News) Egy nemzetközi tudóscsoport a Bonni Egyetem vezetésével új típusú nanomotort fejlesztett ki. Okos mechanizmus hajtja, és pulzáló mozdulatokat tud végrehajtani. A kutatók most azt tervezik, hogy tengelykapcsolóval szerelik fel, és hajtásként szerelik be összetett gépekbe.

Kulcs elvezetések

  • A kutatók egy új típusú nanomotort fejlesztettek ki, amely egy kézfogásos trénerhez hasonló pulzáló mozgásokat végez, de milliószor kisebb.
  • A nanomotor RNS-polimerázok segítségével mozog a DNS-szál mentén, és egy ciklusban közelebb húzza egymáshoz a fogantyúit, utánozva a sejtekben lévő fehérjék működését.
  • Ezt az egyedülálló motort nukleotid-trifoszfátok hajtják, ugyanaz az energiaforrás, amelyet a sejtek fehérjék előállításához használnak.
  • A motorról bebizonyosodott, hogy könnyen kombinálható más szerkezetekkel, ami arra utal, hogy összetett nanogépekben is használható.
  • Further work is being done to optimize the nanomotor’s performance, including the development of a clutch system to control its activity.
    • egy új típusú nanomotor RNS polimerázzal, amely összehúzza a két „fogantyút”, majd újra elengedi. Ez pulzáló mozgást generál. Az új típusú nanomotor RNS polimerázzal, amely összehúzza a két „fogantyút”, majd újra elengedi. Ez pulzáló mozgást generál. (Kép: Mathias Centola, Bonni Egyetem)

    A kutatás

    The team’s findings have now appeared in the journal Természet Nanotechnológia (“A rhythmically pulsing leaf-spring DNA-origami nanoengine that drives a passive follower”). Ez az új típusú motor egy kézi fogantyús trénerhez hasonlít, amely rendszeres használat esetén erősíti a markolatot. A motor azonban körülbelül egymilliószor kisebb. Két fogantyú egy rugóval van összekötve V alakú szerkezetben. Egy kézi fogantyús trénerben a rugó ellenállása ellenében összenyomja a fogantyúkat. Miután elengedi a markolatát, a rugó visszanyomja a fogantyúkat az eredeti helyzetükbe. „A mi motorunk nagyon hasonló elvet használ” – magyarázza Prof. Dr. Michael Famulok, a Bonni Egyetem Élet- és Orvostudományi (LIMES) Intézetéből. "De a fogantyúk nincsenek összenyomva, hanem össze vannak húzva." Ebből a célból a kutatók egy olyan mechanizmust dolgoztak ki, amely nélkül nem léteznének növények vagy állatok. Minden cella fel van szerelve egyfajta könyvtárral. Tartalmazza az összes fehérjetípus tervrajzát, amelyre a sejtnek szüksége van a funkciójának ellátásához. Ha a sejt egy bizonyos típusú fehérjét akar termelni, megrendeli a megfelelő terv másolatát. Ezt az átiratot RNS polimerázok állítják elő.

    Az RNS polimerázok irányítják a pulzáló mozgásokat

    Az eredeti terv hosszú DNS-szálakból áll. Az RNS-polimerázok ezen szálak mentén mozognak, és betűről betűre másolják a tárolt információkat. „Vettünk egy RNS-polimerázt, és a nanogépünk egyik fogantyújához rögzítettük” – magyarázza Famulok, aki a Bonni Egyetem „Élet és egészség” és „Matter” transzdiszciplináris kutatási területeinek is tagja. „A közelben egy DNS-szálat is megfeszítettünk a két fogantyú között. A polimeráz megragadja ezt a szálat, hogy lemásolja. Végighúzza magát az állványon, és a nem átírt rész egyre kisebb lesz. Ez apránként az első felé húzza a második fogantyút, egyúttal összenyomja a rugót.” A fogantyúk közötti DNS-szál egy bizonyos betűsorozatot tartalmaz röviddel a vége előtt. Ez az úgynevezett terminációs szekvencia jelzi a polimeráznak, hogy engedje el a DNS-t. A rugó most ismét ellazulhat, és széthúzza a fogantyúkat. Ez a szál kezdőszekvenciáját a polimeráz közelébe hozza, és a molekuláris másoló új transzkripciós folyamatot indíthat el: A ciklus így megismétlődik. „Ily módon nanomotorunk pulzáló hatást hajt végre” – magyarázza Mathias Centola, a kísérletek nagy részét Prof. Famulok által vezetett kutatócsoportból.

    Az ábécé leves üzemanyagként szolgál

    Ennek a motornak is energiára van szüksége, mint bármely más típusú motornak. Ezt az „ábécé leves” biztosítja, amelyből a polimeráz előállítja az átiratokat. Mindegyik betűnek (szaknyelven: nukleotidok) van egy kis farka, amely három foszfátcsoportból áll – egy trifoszfátból. Ahhoz, hogy új betűt csatolhasson egy meglévő mondathoz, a polimeráznak el kell távolítania két foszfátcsoportot. Ez energiát szabadít fel, amelyet a betűk összekapcsolására használhat fel. „Motorunk tehát nukleotid-trifoszfátokat használ üzemanyagként” – mondja Famulok. „Csak akkor tud tovább működni, ha elegendő számú elérhető belőlük.” Az egyes nanomotorok megfigyelésével az egyik, az Egyesült Államokban, Michigan államban működő együttműködő partner bizonyítani tudta, hogy valóban végrehajtják a várt mozgást. Egy arizonai kutatócsoport nagy sebességű számítógépeken is szimulálta a folyamatot. Az eredmények felhasználhatók például a motor optimalizálására, hogy egy adott pulzációs sebességgel működjön. Ezenkívül a kutatók be tudták mutatni, hogy a motor könnyen kombinálható más szerkezetekkel. Ennek lehetővé kell tennie, hogy például egy felületen vándoroljon – hasonlóan egy hüvelykujjhoz, amely a maga jellegzetes stílusában húzza végig magát egy ágon. „Olyan típusú tengelykapcsoló gyártását is tervezzük, amely lehetővé teszi, hogy csak bizonyos időpontokban használjuk ki a motor erejét, egyébként pedig üresjáratban hagyjuk” – magyarázza Famulok. Hosszú távon a motor egy összetett nanogép szívévé válhat. "Azonban még nagyon sok munka van hátra, mielőtt elérjük ezt a szakaszt."

    Időbélyeg:

    Még több Nanowerk