Исследователи из Университета Вуллонгонга (UOW) в Австралии создали искусственные мышцы, вдохновленные сверхспирализацией нитей ДНК. ДНК — один из самых впечатляющих примеров силы сжатия в природе. Именно она позволяет скрутить нити длиной около 2 метров и поместить их в одну человеческую клетку. Для этого ДНК использует процесс суперспирализации.

Сверхспирализация — явление перекручивания топологически замкнутых цепей ДНК, в результате которого ось двойной спирали ДНК сама закручивается в спираль более высокого порядка. Под «топологически замкнутыми» понимают молекулы, свободное вращение концов которых затруднено (кольцевые молекулы ДНК – линейные молекулы, концы которых зафиксированы белковыми структурами). Помимо ДНК, похожий эффект можно можно наблюдать во всем — от спутанного садового шланга до проводов наушников.

В рамках нового исследования ученые UOW воспроизвели это явление при создании искусственных мышц. Биологи сделали их из композитных полиэфирных волокон, покрытых гидрогелем, который набухает при намокании. Их скрутили в форму спирали ДНК, а затем погрузили в воду для набухания.

Обычно это приводит к распутыванию волокон. Однако ученые выяснили, что, если зажать их концы, то они подвергаются сверхспирализации. В результате нити создают относительно большое количество механической силы. В эксперименте суперспиральные волокна сократились до 10% от своей первоначальной длины, генерируя эквивалент 1 Джоуля энергии на грамм. Механическая работа, которую может выполнять мышца из таких нитей, в 36 раз выше, чем у сопоставимой скелетной мышцы человека.

Тем не менее, пока образцы двигаются довольно медленно из-за механизма действия гидрогеля. Однако ученые уверяют, что процесс можно ускорить, изменив материалы или методы производства искусственных мышц, оставив сверхспирализацию волокон.