Ученые превратили бактерии E.coli в "фабрики" по производству наномашин

Группа ученых, возглавляемая исследователями из Вашингтонского университета, сделала очень большой шаг на пути к созданию технологии массового производства роторно-осевых наномашин. Ученые использовали технологию кодирования ДНК для того, чтобы заставить бактерии вида E.coli производить все необходимые белковые компоненты, которые, сворачиваясь, самостоятельно собирались и формировали оси, роторы и прочие элементы крошечных наномеханизмов.

Известно, что в природе существует очень большое разнообразие подобных белковых наномашин, начиная от жгутиков некоторых видов микроорганизмов и заканчивая такими сложными образованиями, как двигатель F1 на базе аденозинтрифосфатазы (ATPase). Также были предприняты многочисленные и не очень удачные попытки создания в лабораториях копий таких наномашин или похожих наномашин на их основе. А вся проблема заключается в непредсказуемости процессов сворачивания белков, полученных синтетическим путем.

Для того, чтобы получить возможность гарантировано создавать качественные наномашины, исследователи использовали специализированное программное обеспечение под названием Rosetta. При помощи этой программы ученые спроектировали белки в форме колец с заданными диаметрами, а результатом работы программы стала последовательность оснований для создания участков синтетической ДНК.

Участки этой синтетической ДНК были успешно изготовлены и вставлены в соответствующие места генома бактерий E.coli. После этого бактерии начали вырабатывать цепочки аминокислот, которые спонтанно сворачиваясь, начали принимать нужную форму. Более того, некоторые дополнительные уловки привели к тому, что разные белки начали сворачиваться одновременно в нужных направлениях, формируя роторы и оси, основные части молекулярного двигателя.

Результаты работы "фабрик" молекулярных машин, в которые стараниями ученых превратились бактерии E.coli, были тщательно изучены при помощи криогенной электронной микроскопии. Ученые выяснили, что все белковые компоненты сворачиваются так, как заложено в программе синтетической ДНК. Но, из-за того, что использованная технология микроскопии позволяет сделать только один снимок за один раз, ученые еще не могут сказать, способны ли вращаться молекулярные роторы, надетые на молекулярные оси.

Следующей задачей, которая стоит перед учеными, является проектирование и создание достаточно сложного молекулярного двигателя, имеющего дополнительные компоненты. При помощи этих компонентов и создания определенных условий окружающей среды, этот двигатель будет вращаться всегда в строго заданном направлении.