Raziskovalci načrtujejo utripajoč nanomotor

19. oktober 2023 (Nanowerk novice) Mednarodna skupina znanstvenikov pod vodstvom Univerze v Bonnu je razvila novo vrsto nanomotorja. Poganja ga pameten mehanizem in lahko izvaja utripajoče gibe. Raziskovalci zdaj načrtujejo, da bi ga opremili s sklopko in ga vgradili kot pogon v kompleksne stroje.

Ključni izdelki

Raziskovalci so razvili novo vrsto nanomotorja, ki izvaja utripajoče gibe, podobne trenažerju za ročaj, vendar je milijonkrat manjši.

Nanomotor uporablja RNA polimeraze za premikanje vzdolž verige DNA, pri čemer svoje ročaje vleče bližje skupaj v ciklu in posnema delovanje beljakovin v celicah.

Ta edinstven motor poganjajo nukleotidni trifosfati, isti vir energije, ki ga celice uporabljajo za ustvarjanje beljakovin.

Dokazano je, da se motor zlahka kombinira z drugimi strukturami, kar kaže na njegovo potencialno uporabo v kompleksnih nanomašinah.

Nadaljnje delo poteka za optimizacijo delovanja nanomotorja, vključno z razvojem sistema sklopke za nadzor njegove dejavnosti.

Nova vrsta nanomotorja z RNA polimerazo, ki potegne oba "ročaja" skupaj in ju nato spet sprosti. To ustvarja utripajoče gibanje. (Slika: Mathias Centola, Univerza v Bonnu)

Raziskave

Ugotovitve ekipe so se zdaj pojavile v reviji Naravna nanotehnologija ("Ritmično utripajoč nanomotor DNK-origami z listnato vzmetjo, ki poganja pasivnega sledilca"). Ta nova vrsta motorja je podobna trenažerju ročnega oprijema, ki ob redni uporabi okrepi vaš oprijem. Vendar pa je motor približno milijonkrat manjši. Dva ročaja sta povezana z vzmetjo v strukturo v obliki črke V. Pri trenažerju za ročaj stisnete ročaja skupaj proti uporu vzmeti. Ko sprostite oprijem, vzmet potisne ročaja nazaj v prvotni položaj. "Naš motor uporablja zelo podoben princip," pojasnjuje prof. dr. Michael Famulok z Inštituta za življenje in medicinske vede (LIMES) na Univerzi v Bonnu. "Ampak ročaja nista stisnjena skupaj, temveč povlečena skupaj." V ta namen so raziskovalci preuredili mehanizem, brez katerega ne bi bilo rastlin ali živali. Vsaka celica je opremljena z nekakšno knjižnico. Vsebuje načrte za vse vrste beljakovin, ki jih celica potrebuje za opravljanje svoje funkcije. Če celica želi proizvesti določeno vrsto beljakovine, naroči kopijo ustreznega načrta. Ta zapis proizvajajo RNA polimeraze.

RNA polimeraze poganjajo utripajoča gibanja

Prvotni načrt je sestavljen iz dolgih verig DNK. Polimeraze RNA se premikajo po teh verigah in črko za črko kopirajo shranjene informacije. "Vzeli smo RNA polimerazo in jo pritrdili na enega od ročajev v našem nanomašinu," pojasnjuje Famulok, ki je tudi član transdisciplinarnih raziskovalnih področij "Življenje in zdravje" in "Snov" na Univerzi v Bonnu. »V neposredni bližini smo napeli tudi verigo DNK med obema ročajema. Polimeraza zgrabi to verigo, da jo kopira. Vleče se vzdolž stojala in neprepisani del postaja vse manjši. To potegne drugi ročaj malo za koščkom proti prvemu, hkrati pa stisne vzmet.« Nit DNK med ročaji vsebuje določeno zaporedje črk tik pred koncem. To tako imenovano terminacijsko zaporedje signalizira polimerazi, da mora izpustiti DNK. Vzmet se zdaj lahko spet sprosti in razmakne ročaje. S tem se začetno zaporedje verige približa polimerazi in molekularni kopirni stroj lahko začne nov proces prepisovanja: cikel se tako ponovi. "Na ta način naš nanomotor izvaja pulzirajoče delovanje," pojasnjuje Mathias Centola iz raziskovalne skupine pod vodstvom prof. Famuloka, ki je izvedel velik del poskusov.

Kot gorivo služi abecedna juha

Tudi ta motor potrebuje energijo tako kot vsaka druga vrsta motorja. Zagotavlja ga "abecedna juha", iz katere polimeraza proizvaja prepise. Vsaka od teh črk (v strokovni terminologiji: nukleotidi) ima majhen rep, sestavljen iz treh fosfatnih skupin – trifosfata. Da bi obstoječemu stavku dodala novo črko, mora polimeraza odstraniti dve od teh fosfatnih skupin. Pri tem se sprosti energija, ki jo lahko uporabi za povezovanje črk. "Naš motor tako kot gorivo uporablja nukleotidne trifosfate," pravi Famulok. "Nadaljuje lahko samo, ko jih je na voljo zadostno število." S spremljanjem posameznih nanomotorjev je enemu od sodelujočih partnerjev s sedežem v ameriški zvezni državi Michigan uspelo dokazati, da dejansko izvajajo pričakovano gibanje. Raziskovalna skupina v Arizoni je tudi simulirala proces na hitrih računalnikih. Rezultate bi lahko uporabili na primer za optimizacijo motorja za delovanje pri določeni hitrosti pulziranja. Poleg tega so raziskovalci lahko dokazali, da je motor mogoče enostavno kombinirati z drugimi strukturami. To naj bi mu omogočilo, da na primer tava po površini – podobno kot palčni črv, ki se vleče po veji v svojem značilnem slogu. "Prav tako načrtujemo proizvodnjo vrste sklopke, ki nam bo omogočila, da izkoristimo moč motorja le ob določenih trenutkih, sicer pa ga pustimo v prostem teku," pojasnjuje Famulok. Dolgoročno bi lahko motor postal srce kompleksnega nanomašina. "Vendar pa nas čaka še veliko dela, preden dosežemo to stopnjo."

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63890.php