Il primo motore proteico sintetico si muove lungo il DNA in passi controllati e programmabili

Un risultato rivoluzionario nella biologia sintetica è emerso con la creazione del primo motore proteico artificiale in grado di muoversi lungo il DNA in passi controllati e programmabili. I ricercatori dell'UNSW di Sydney hanno sviluppato una proteina nota come Tumbleweed, che imita i motori molecolari naturali presenti all'interno degli organismi viventi. Questo motore proteico è progettato per muoversi lungo le tracce di DNA ingegnerizzate utilizzando una serie di tre siti di legame, chiamati piedi, che si attaccano a specifiche sequenze di DNA. Il movimento di Tumbleweed è regolato alterando l'ambiente chimico che lo circonda, consentendo agli scienziati di dettare sia il tempo che la direzione del suo movimento.

I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature Nanotechnology, segnando una pietra miliare significativa nei campi della biologia sintetica e della nanotecnologia. Secondo il professor Paul Curmi dell'UNSW, il risultato è il risultato di oltre due decenni di ricerca collaborativa che coinvolge team di istituzioni nazionali e internazionali.

In natura, i motori molecolari come la cinesia, la dineina e la miosina svolgono ruoli cruciali nel trasporto del carico cellulare, consentendo le contrazioni muscolari e svolgendo altre funzioni meccaniche vitali necessarie per la vita. La sfida di costruire proteine motorie artificiali da zero è stata a lungo un obiettivo di indagine scientifica a causa delle potenziali intuizioni che offre sul funzionamento di questi sistemi complessi e le loro possibili riprogettazioni per applicazioni specializzate. Tumbleweed è stato costruito da moduli proteici che individualmente non hanno funzionalità motorie. Tuttavia, quando combinati, questi moduli formano una macchina funzionale in grado di camminare lungo le tracce di DNA progettate.

Ogni passo fatto da Tumbleweed misura circa 16 nanometri e si verifica in risposta a segnali chimici esterni. È importante sottolineare che la direzione del movimento può essere invertita semplicemente regolando la sequenza di questi segnali, mostrando il livello di controllo raggiungibile con questa tecnologia. Questo sviluppo apre la strada a ulteriori esplorazioni dei meccanismi che regolano i motori molecolari e apre la strada all'ingegneria di versioni sintetiche su misura per compiti specifici.

Attualmente, il team si sta concentrando sul perfezionamento delle capacità di Tumbleweed, con l'obiettivo di estendere la sua distanza di viaggio oltre il limite attuale di circa 100 nanometri e aumentare la sua velocità rispetto al tasso attuale di circa 1 nanometro al secondo. Guardando al futuro, i ricercatori stanno esplorando la possibilità di creare progetti autonomi che operino in modo indipendente senza richiedere un controllo esterno.

Queste innovazioni potrebbero portare a progressi in settori come il biocomputamento massicciamente parallelo, che promette di essere più efficiente dal punto di vista energetico, sostenibile e scalabile rispetto alle tecnologie attuali. Mentre il campo continua ad evolversi, le potenziali applicazioni di tali motori sintetici rimangono vaste e in gran parte inesplorate, annunciando una nuova era nella manipolazione dei processi molecolari a nanoscala.