Из нитей ДНК собрали наноробота, который доставит лекарство в клетку и "отсортирует" молекулы

 

Данные о "грузе" и месте его доставки программируются заранее, поэтому ДНК-робот понимает, что обнаружил необходимое вещество.
Иллюстрация Ella Maru Studio.

Вряд ли в ближайшее время вы прочитаете о роботе, который по размеру будет меньше, чем тот, который представила команда исследователей из Калифорнийского технологического института. Но, несмотря на более чем скромные размеры, работы у нового наноробота будет много: ему предстоит доставлять важные "грузы" в клетки человека.
Сегодня роботы избавляют человека от многих трудных и опасных задач, в частности, отправляются на разведку, становятся шпионами и исследуют космос. Так почему же не использовать их в ещё одном деле, которое не под силу человеку, рассуждает соавтор нового исследования Лулу Цянь (Lulu Qian). Это дело – адресная доставка лекарств не просто к больным органам, но к конкретным клеткам нашего организма, а также "сортировка" определённых молекул.
Авторы разработки поясняют: их наноробот состоит из трёх "строительных блоков". Каждый из них включает несколько нуклеотидов, составляющих одну цепь ДНК.
Напомним, что одна нить ДНК состоит из четырёх различных молекул (нуклеотидов). Их азотистые основания бывают четырёх видов: аденин (А), гуанин (G), цитозин (С) и тимин (T). Эти нуклеотиды связаны в пары: аденин с тимином, гуанин с цитозином. Когда встречаются две обратные друг другу последовательности, нити закручиваются в ту самую известную всем двойную спираль ДНК.
Но, в то же время, одна нить может иметь две частично "пристёгнутые" нити – они как бы ответвляются от центральной. Именно так и спроектирован ДНК-робот. Причём длину его "ног" (нитей ДНК) можно регулировать.
Но как же работает чудо нанотехнологий?
Чтобы проверить своего робота в действии, команда использовала плоскую молекулярную "площадку" размерами 58*58 нанометров, на которой располагались одиночные нити ДНК – своеобразные "штифты".
Одной "ногой" робот крепится к такому "штифту", а другая его "нога" при этом находится в "свободном плавании". Случайные молекулярные колебания приводят к тому, что свободная нога находит новый "штифт" и цепляется за него, при этом другая "нога" освобождается.
Так наноробот и "шагает", пока не обнаружит цель. Затем он поднимает "груз" и продолжает идти по "штифтам" дальше, пока не дойдёт до пункта доставки.

Данные о "грузе" и месте его доставки программируются  в химическом составе робота, поэтому он понимает, что обнаружил необходимое вещество. А вот маршрут его спланировать заранее нельзя, так что путешествие может затянуться. Однако рано или поздно наноробот точно дойдёт до конечного пункта, поясняют авторы.
В ходе эксперимента робот успешно подобрал шесть молекул, окрашенных флуоресцентными красителями – три жёлтых и три розовых – и доставил их в намеченные пункты назначения. Благодаря разным цветам молекул, учёные смогли проверить, правильно ли выполнил задание их крошечный робот. И он справился.
Правда, потратил на это испытание 24 часа. Немудрено, ведь один шаг ДНК-робот делает за пять минут, а продвигается при этом всего лишь на шесть нанометров. Это значит, что на деле доставка "грузов" может занимать немало времени.
Цянь и её коллеги панируют увеличить скорость движения робота, добавив ему химический "двигатель". Или же можно запустить в кровоток сразу несколько таких нанороботов, чтобы они работали параллельно, и каждый сортировал собственный "груз".
По мнению специалистов, подобные разработки важны для ультраточной медицины. Они обеспечат не только более эффективное лечение (особенно если больные клетки имеют определённые биомаркеры-"маяки"), но и откроют новые перспективы для исследований.
Самые смелые мечты – это построение в организме человека собственной "молекулярной фабрики". Например, нанороботов можно запрограммировать следующим образом: если вдруг клетки подают сигнал об опасности (инфекции, воспалении), робот тут же синтезирует лекарственное средство из составных частей и доставляет его в нужное место. Или же отбирает ненужные молекулярные компоненты и отправляет их на "переработку".
Более подробно наноразработка описывается в научной статье, опубликованной в издании Science.
Кстати, похожее изобретение исследователи представили в 2012 году: это был ДНК-робот для борьбы с раком. Правда, его строение, а также принцип работы были иными.
Добавим, что мы также рассказывали о новом методе лечения закупоренных артерий: с проблемой могут справиться микроботы-штопоры. Кроме того, учёные создали наноробота-рыбку, который доставит лекарство в любую точку организма.