Группа ученых из института клеточной и молекулярной биологии из Техасского университета в Остине разработала наноразмерную «машину», способную двигаться в любом направлении по неровной поверхности. Она представляет собой единую молекулу ДНК с торсом и двумя «ногами», переставляя которые молекула движется. Результаты работы опубликованы в Nature Nanotechnology.

Представленные ранее молекулы подобного рода способны ходить только в заданном направлении по одной прямой или в плоскости. Новый «ходок» в состоянии двигаться 36 шагов подряд по неоднородной поверхности микронных частиц, покрытых ДНК, незапрограммировано, самостоятельно принимая решение, куда переставить «ногу».

Схема движения моторного белка кинезина, способного двигаться по микротрубочке. Изображение: Wikimedia Commons

В отличие от обычных молекулярных моторных белков, которые способны двигаться по поверхности, изменяя ее структуру (например, кинезин движется по микротрубочкам за счет энергии гидролиза АТФ), представленные «ходоки» используют для передвижения гибридизацию и не изменяют ковалентно субстрат.

Шпилечная структура — вторичная структура в молекуле нуклеиновой кислоты, в которой комплементарные инвертированные нуклеотидные последовательности, расположенные в пределах одной и той же цепи, соединяются, образуя двухцепочечный «стебель», а нуклеотиды, расположенные между областями спаривания образуют неспаренную одноцепочечную петлю.

«Ходок» представляет собой две одноцепочечные нити ДНК, объединенные в одну структуру. Эти нити способные взаимодействовать с олигонуклеотидом H1, расположенным на поверхности микрочастицы, открывая шпилечную структуру. Две новообразованные одноцепочечные ДНК в H1 могут гибридизоваться с нуклеотидом H2, формируя трехчастичный комплекс катализатор-H1-H2. По мере перемещения прядей, комплекс перестраивается в наиболее термодинамически выгодный дуплекс H1-H2, высвобождая катализатор. Таким образом, молекула «ходока» осуществляет движение по поверхности микрочастицы.

Молекулы ДНК представляют собой как бы нанокомпьютеры, с помощью самостоятельных «расчетов» принимающие решение о направлении движения. По словам авторов, подобные «ходоки» могут иметь применение в аналитике и диагностике заболеваний.

Автор: Евгений Анохин