Молекулярные машины могут стать революцией в производстве

Природа представляет собой, по сути, мастерскую. В основе клеток и структур каждого живого организма лежат моторы, насосы, сборочные линии, крохотные транспортировщики, и другие гораздо более сложные версии машин, которые мы создали для самих себя.

И теперь мы имитируем 4 миллиарда лет природной эволюции, чтобы собирать машины на уровне атомов. Химия, как правило, выбирает к формированию молекул подход грубой силы: смешать и изолировать состав, добавить катализаторы и химикаты, затем ждать сколько потребуется для формирования нужных веществ. Это сложный и неэффективный путь по сравнению с элегантными молекулярными машинами, которые природа спроектировала для производства необходимых для жизни веществ.

И вот теперь учёные следуют её примеру. Отдельные молекулы проектируются так, чтобы служить простыми нано-машинами, форма и свойства которых позволяет им проникать внутрь химического вещества или живой клетки, и делать свою работу.

Один из недавних научных прорывов, освещённых в журнале «Nature» — это наноробот, который захватывает шесть аминокислот, и собирает их в последовательность-пептид.

Схема молекулярной машины на основе рибосомы, разработанной в Университете Манчестера

Эта машина, объясняет один из соавторов исследования Дэвид Лей из Университета Манчестера – очень примитивная версия рибосомы, протеина, создающего ядра клеток — и первый шаг к созданию машин, которые смогут создавать комплексные молекулы, вроде пенициллина. Но на сегодняшний день она лишь слабо функциональна, если сравнить её скорость и сложность с её биологическим прообразом. Команде Лея понадобилось 12 часов и один триллион молекулярных машин, чтобы создать всего лишь несколько граммов пептида. По сравнению с рибосомой, искусственным машинам требуются часы вместо секунд, они могут создавать только простые протеины, и разрушают базовые молекулы в процессе работы.

Но прогресс в этой области движется очень быстро. В последние несколько лет синтетические молекулярные машины уже начинают адаптировать механические принципы роторов, гироскопов, ножниц и автомобилей, а также копировать чертежи природы, используя принципы биохимии и физики.