Nanorobot z DNA samodzielnie sortuje cząsteczki

Naukowcy z California Institute of Technology proponują wyobrazić sobie domowego robota, który sprząta pokój – podnosi skarpetki i wrzuca do pralki, albo chwyta brudne naczynia i wkłada je do zmywarki. Podobnie działa stworzona przez nich molekularna maszyna, która porządkuje cząsteczki chemiczne.

Robot składa się z kilku części – nogi z dwiema stopami do chodzenia, ramienia z ręką, którą chwyta cząsteczkę i segmentu do rozpoznawania miejsca docelowego, gdzie uwalnia przenoszony ładunek.

Każdy z tych elementów zbudowany jest z krótkiego odcinka DNA. Ma on bowiem wyjątkowe właściwości – składa się z czterech podstawowych „cegiełek” - nukleotydów oznaczanych A, G, C i T, które mogą być układane w różnej kolejności. Przy tym nukleotydy chętnie łączą się ze sobą w pary, ale tylko A łączy się z T, a C z G.

Tę własność DNA wykorzystali naukowcy. Na mierzącej 58 na 58 nm planszy badacze umieścili w wybranych miejscach takie odcinki DNA, z którymi mogą łączyć się nogi robota. Został on przy tym zaprojektowany tak, aby połączenie jednej nogi powodowało odłączenie drugiej.

Dzięki temu robot spontanicznie chodzi. Jedna noga połączona jest z DNA na planszy, a druga jest wolna. Kiedy w wyniku ruchów cząsteczkowych wolna kończyna natrafi na pasujące do niej DNA, łączy się z nim, a pierwsza noga odrywa się od planszy.

To jednak nie koniec pracy robota. Kiedy natrafi na cząsteczkę-ładunek, która z kolei pasuje do DNA w jego ręce, chwyta ją. Nosi ją później tak długo, aż przypadkowo dotrze do miejsca, w którym ma ją uwolnić. W swoim eksperymencie badacze użyli fluorescencyjnych cząsteczek, aby mogli sprawdzać, czy robot je przenosi.

Badacze wyjaśniają też, że różne roboty mogą przenosić inne cząsteczki, a jeden robot może mieć nawet wiele ramion. Do tego na jednej planszy może pracować wiele takich urządzeń. Na razie nanorobot działa jednak raczej wolno – w czasie 24 godzin posortował 6 rozrzuconych po planszy cząsteczek.

Eksperyment miał jednak pokazać tylko ogólną zasadę działania. „Nie tworzymy robotów z DNA dla żadnego szczególnego zastosowania. Nasze laboratorium koncentruje się na opracowywaniu zasad inżynieryjnych, które umożliwią budowanie robotów z DNA o ogólnym zastosowaniu” - mówi kierująca laboratorium prof. Lulu Qian.

Badaczka przedstawia śmiałe wizje. „Jednakże mam taką nadzieję, że inni badacze będą mogli wykorzystać te zasady w ekscytujących zastosowaniach, jak np. wykorzystywanie robotów z DNA do wytwarzania leczniczych substancji chemicznych z ich składowych w sztucznej molekularnej fabryce, dostarczania leków tylko w obecności specyficznego sygnału we krwi lub w komórce czy do sortowania molekularnych elementów z odpadów, aby je wykorzystać” - opowiada prof. Quian. (PAP)

mat/ ekr/