Prvi sintetički proteinski motor kreće se uzduž DNK u kontroliranim, programiranim koracima

Prelomno postignuće u sintetičkoj biologiji nastalo je stvaranjem prvog umjetnog proteinskog motora koji je sposoban kretati se uzduž DNK u kontroliranim, programiranim koracima. Istraživači iz UNSW Sydney razvili su protein poznat kao Tumbleweed, koji oponaša prirodne molekularne motore koji se nalaze u živim organizmima. Ovaj proteinski motor dizajniran je za kretanje uzduž inženjerskih DNK staza pomoću niza od tri vezujuća mjesta, poznatih kao noge, koji se vezuju za specifične DNK sekvence. Pokret Tumbleweeda reguliran je mijenjanjem kemijskog okruženja koje ga okružuje, omogućujući znanstvenicima da diktiraju i vrijeme i smjer njegovog kretanja.

Rezultati su objavljeni u časopisu Nature Nanotechnology, označavajući značajnu prekretnicu u području sintetičke biologije i nanotehnologije. Prema profesoru Paulu Curmiju iz UNSW-a, dostignuće je rezultat više od dva desetljeća suradničkih istraživanja u kojima su sudjelovali timovi iz nacionalnih i međunarodnih institucija.

U prirodi, molekularni motori kao što su kinesin, dinin i miosin igraju ključnu ulogu u transportu staničnog tereta, omogućavaju kontrakcije mišića i obavljaju druge vitalne mehaničke funkcije potrebne za život. Izazov izgradnje umjetnih motornih proteina od temelja dugo je bio u središtu znanstvenog istraživanja zbog potencijalnih uvida koje nudi u funkcioniranje ovih složenih sustava i njihovih mogućih redizajna za specijalizirane aplikacije. Tumbleweed je izgrađen od modula proteina koji pojedinačno nemaju motornu funkcionalnost. Međutim, kada se kombiniraju, ovi moduli tvore funkcionalnu mašinu sposobnu hodati uz inženjerske DNA staze.

Svaki korak koji je napravio Tumbleweed mjeri približno 16 nanometara i javlja se kao odgovor na vanjske kemijske signale. Važno je da se smjer kretanja može preokrenuti samo prilagođavanjem sekvence tih signala, pokazujući razinu kontrole koja se može postići ovom tehnologijom. Ovaj razvoj postavlja temelje za daljnje istraživanje mehanizama koji upravljaju molekularnim motorima i utire put za inženjering sintetičkih verzija prilagođenih specifičnim zadacima. Kroz izgradnju Tumbleweeda, istraživači imaju za cilj otkriti temeljna načela temeljna na nanoskali proteinskim motorima i početi shvaćati kompromise povezane s njihovim dizajnom.

Trenutno je tim usmjeren na usavršavanje mogućnosti Tumbleweeda, s ciljem proširenja njegove udaljenosti putovanja izvan trenutne granice od oko 100 nanometara i povećanja njegove brzine od trenutne brzine od otprilike 1 nanometar u sekundi.

Te inovacije mogle bi dovesti do napretka u područjima kao što je masivno paralelno biocomputiranje, koje obećava da će biti energetski učinkovitije, održivije i skalabilnije od trenutnih tehnologija.