Таймеры жизни: как работают молекулярные наномашины

Живые организмы обладают удивительной способностью чувствовать время и реагировать на него. От восприятия света за микросекунды до циклов сна, менструаций и сезонных изменений – все это возможно благодаря молекулярным "таймерам". Эти наномашины работают как сверхточные выключатели, которые включаются и выключаются в ответ на внешние условия.

Исследовательская группа во главе с проф. Алексисом Валле-Белли открыла способ программирования биомолекул или наномашин, чтобы они могли активироваться в разное время, действуя как молекулярные таймеры. Изображение иллюстрирует, что время на молекулярном уровне может быть запрограммировано теми же биомолекулами, которые составляют живые организмы. Она сосредоточена на ДНК, биомолекуле, которая позволила группе исследователей изучить биохимические механизмы, регулирующие время.

Недавно ученые из Университета Монреаля смогли воспроизвести и доказать существование двух механизмов, управляющих такими наномашинами. Их открытие открывает новые горизонты для наномедицины и позволяет лучше понять, как эволюционировала жизнь.

Двери, которые открывают жизнь

Молекулярные выключатели, как и наномашины, чаще всего состоят из белков или нуклеиновых кислот. Эти "механизмы" выполняют тысячи функций: от химических реакций до движения и роста. Но как эти выключатели научились работать с разными временными циклами?

Ученые объясняют это на примере двери. В закрытом состоянии дверь символизирует неактивную структуру, а в открытом – активную. Механизм "индуцированной подгонки" напоминает человека, который берется за ручку и открывает дверь силой. В механизме "конформационного выбора" дверь сначала должна открыться сама по себе, чтобы активирующая молекула могла вмешаться.

Обе эти концепции используются не только в природе, но и в инженерии. Они помогают разрабатывать новые наносистемы для медицины и технологий.

ДНК как строительный материал

Чтобы понять, как работают эти механизмы, ученые создали простую молекулярную "дверь" из ДНК. Хотя ДНК известна как носитель генетического кода, она также отлично подходит для создания наноструктур. Ее называют "лего-химией", позволяющей собирать объекты на наноуровне.

Доминик Лаузон, доктор наук в химии и младший научный сотрудник, и проф. Алексис Валли-Белли, Канадский исследовательский центр в области биотехнологий и био-нанотехнологий. Фото: Амели Филипбер, Университет Монреаль

Ученые разработали 5-нанометровую "дверь", которая может работать в обоих режимах, используя одну и ту же активирующую молекулу. Это дало возможность напрямую сравнить два механизма. Результат впечатляющий: механизм индуцированной подгонки позволяет открыть "дверь" в тысячу раз быстрее.

Будущее за наномедициной

Новое открытие дает возможность инженерам разрабатывать молекулярные устройства, которые смогут лечить болезни или управлять биологическими процессами с небывалой точностью. Кроме того, оно раскрывает тайны эволюции и того, как природа создала такие сложные системы.

Аналогия с дверью помогает проиллюстрировать два биохимических механизма, используемых живыми организмами для активации их биомолекулярных переключателей или наномашин. В механизме выбора конформации (левая дверь), отсутствие ручки означает, что пользователь - активирующий молекула - должен ждать, пока дверь откроется спонтанно. При механизме индуцированного входа (дверь справа) наличие молекулярной ручки позволяет пользователю - активирующей молекулы - нажимать или вызывать открытие двери.

Что вы думаете об этом открытии? Может ли такая "дверь" стать ключом к новому этапу развития медицины?

Наука рулит, а мы следуем за ней! Оставайтесь любознательными!

Подписывайтесь на наш канал, если еще этого не сделали.

Рекомендуем почитать