ДНК-оригами для создания моторной системы
"Исследователи успешно использовали ДНК-оригами для создания сокращений, подобных гладким мышцам, в больших сетях молекулярных моторных систем"
Биомолекулярная моторная система
Биомолекулярная моторная система, состоящая из волокнистых микротрубочек и моторных протеинов – кинезинов, играет существенную роль в клеточных транспортных системах. Ученые считают, что они могут использовать двигатели в молекулярной робототехнике, но ещё по-прежнему сложно собрать большую систему из крошечных молекул.

«Мы успешно продемонстрировали запрограммированную самостоятельную сборку биомолекулярной моторной системы», – пишут исследователи из Японии и Германии, которые проводили исследование.
Система, объединяющая ДНК-оригами и микротрубочки
В текущем исследовании, опубликованном в Nano Letters , исследовательская группа, в которую вошли Акира Какуго из Университета Хоккайдо, Акинори Кузуя из Университета Кансай и Акихико Конагая из Токийского технологического института, разработали систему, объединяющую ДНК-оригами и микротрубочки. ДНК-оригами были сформированы из шести спиралей ДНК, связанных вместе. Смешивание этих двух компонентов заставило микротрубочки самостоятельно собираться вокруг ДНК-оригами, образуя звездообразные структуры. Эта самосборка стала возможной благодаря связыванию комплементарных цепей ДНК, прикрепленных к каждому компоненту.
Кинезиновый компоновщик и АТФ
Затем команда разработала «кинезиновый компоновщик», состоящий из четырех кинезиновых моторных белков, исходящих из белка центрального ядра. Эти кинезиновые компоновщики соединяли микротрубочки вместе, вызывая соединение нескольких звездообразных сборок, образуя гораздо большую иерархическую сеть.
Когда в систему добавляется аденозинтрифосфат (АТФ) – молекула, которая накапливает и переносит энергию, кинезиновые компоновщики перемещаются, в результате чего микротрубчатая сеть динамически сжимается в течение нескольких минут. По словам исследователей, это напоминало сокращение гладких мышц.
Возможности для молекулярной робототехники и микроклапанов
Это динамическое сокращение происходило только тогда, когда присутствовало ДНК-оригами, что говорит о важности иерархической сборки в микротрубчатой сети. «Дальнейшие исследования могут привести к использованию ДНК для контролируемой, программируемой самосборки и сокращения биомолекулярных двигателей. Такие двигатели могут найти применение в молекулярной робототехнике и разработке микроклапанов для микрофлюидных устройств», – говорит Акира Какуго
Источник:
Kento Matsuda, Arif Md. Rashedul Kabir, Naohide Akamatsu, Ai Saito, Shumpei Ishikawa, Tsuyoshi Matsuyama, Oliver Ditzer, Md. Sirajul Islam, Yuichi Ohya, Kazuki Sada, Akihiko Konagaya, Akinori Kuzuya, Akira Kakugo.
Artificial Smooth Muscle Model Composed of Hierarchically Ordered Microtubule Asters Mediated by DNA Origami Nanostructures.
Nano Letters, 2019; DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b01201