Биологи заставили белковую пленку создавать молекулярные моторы по программе ДНК
Исследователи из Института Вейцмана с коллегами создали материал из белковых нитей, который по программе, сохраняемой в ДНК, сам синтезирует молекулярные моторы и автономно приходит в движение.
Живые клетки меняют форму и движутся благодаря внутреннему цитоскелету. Это – сеть белковых нитей (микротрубочек), по которым перемещаются молекулярные моторы и сдвигают нити друг относительно друга. Из таких компонентов биологи уже собирали "активные" материалы, но в предыдущих опытах уже готовые молекулярные моторы доставляли извне. Теперь ученые научили сам белковый материал производить нужные для движения моторы. Работа опубликована в журнале Nature Materials.
Микротрубочки уложили плотным слоем в лунку диаметром около 3,3 мм и добавили ДНК вместе с бесклеточной смесью, содержащей все необходимое для синтеза белка. ДНК кодировала кинезин – моторный белок, который, расходуя химическое топливо, "шагает" по микротрубочке. Новые моторы сцепляли соседние нити и сдвигали их друг относительно друга. Белковый слой активировался: вспучивался пузырями и рвался на пучки. Чем большее количество программирующей ДНК добавляли ученые, тем раньше начиналось движение материала: примерно через четыре часа при минимальной концентрации и через час при максимальной. Таким образом удавалось ускорять процесс.
Тогда в программу добавили "тормоз" – ген белка PRC1, сшивающего микротрубочки. При достаточном его количестве слой уже не рвался, а только изгибался и замирал. Причем синтез моторов запускал выработку белка, подавляющего их производство, а ферменты разрушали оба белка, и цикл начинался снова. Процесс ритмично ускорялся и замедлялся. Соавторы работы отмечают, что все " запрограммировано генетически и автономно".
Узкие каналы и рельефные бороздки задавали направление деформаций, и отдельные складки вытягивались на несколько миллиметров. Синтез белковых моторов останавливался примерно за 6 часов, но движение материала продолжалось больше 10 часов: смесь восстанавливала топливо для уже готовых моторов. Авторы видят в этом процессе путь к созданию активных автономных материалов, чье поведение записано в генетических схемах.
