Двуногий пешеход из ДНК

Одним из направлений нанотехнологий является создание наномашин. В качестве исходного материала очень привлекательной оказалась природная молекула – ДНК, об уникальных свойствах которой наслышаны даже школьники (особенно если они регулярно читают Нанометр). Вот и сейчас учёные из Израиля предлагают вниманию публики пешехода из мира нуклеиновых кислот – и он сам, и дорожка, по которой он умеет ходить, собраны из фрагментов ДНК.

Чтобы заставить пешехода перемещаться, помимо комплементарного связывания учёные использовали способность ДНК образовывать неканонические пары.

Модельная дорожка имеет длину всего лишь в четыре шага пешехода, зато каждый шаг делается строго по желанию экспериментатора. Каждая нога пешехода может занимать одну из двух позиций. Одна нога (зелёная на рис. 1) связывается преимущественно с позицией I (оранжевая). Зелёная нога может также связываться с позицией III (красная), но там есть две некомплементарные пары (тимин напротив тимина), поэтому связывание с III менее выгодно, чем с I, и не происходит. Однако стоит добавить соль ртути, как образуются комплексы тимин-Hg²⁺-тимин, и пешеход в 65% случаев оказывается зелёной ногой в позиции III. Если же теперь добавить аминокислоту цистеин для связывания и удаления ионов ртути, то пешеход в 100% случаев испуганно сделает шаг назад.

Похожая ситуация и с фиолетовой ногой: она может находиться в позициях II и IV, но предпочитает позицию II. В кислой среде ДНК в позиции II принимает неканоническую i-форму, связываясь сама с собой, – и фиолетовой ноге пешехода не остается ничего иного, кроме как разместиться на позиции IV. После нейтрализации избытка протонов пешеход шагает обратно.

Замкнув пешеходную дорожку в кольцо, исследователи заставили наночеловечка шагать то по, то против часовой стрелки, меняя несколько раз направление движения. Человечек слушался, изображая нечто вроде очень маленького шагового двигателя.

 

Рис. 1. Схематическе изображение двуногого пешехода и его пешеходной дорожки. В каждой позиции дорожки расположен свой флуорофор, флуоресценция которого гасится, если пешеход ставит туда свою ногу. Таким образом, по интенсивности флуоресценции можно судить, какие именно позиции заняты ногами пешехода в данный момент.

 

Рис. 2. Хождение пешехода по замкнутой траектории по и против часовой стрелки.