Nanorobot zbudowany z DNA

Kalifornijscy naukowcy skonstruowali nanorobota z DNA, który jest zdolny przenosić ładunek z jednego miejsca na drugie. Taka nanomaszyna może być wykorzystana do rozmaitych działań i ma ogromny potencjał w różnych dziedzinach, ale przede wszystkim może ona zrewolucjonizować medycynę.

W przyszłości tego typu roboty mogłyby budować przeróżne struktury w mikroskopijnej skali, utylizować niebezpieczne odpadki zbyt małe, by dostrzec je gołym okiem czy dostarczać leki bezpośrednio do komórek. Jeśli chodzi o zastosowania w medycynie to osiągnięcie naukowców z California Institute of Technology opublikowane w najnowszym wydaniu czasopisma „Science” może ją zrewolucjonizować.

Robot zbudowany w Kalifornii składa się z 53 nukleotydów – podstawowych jednostek strukturalnych DNA. Ma wysokość 20 nanometrów. Posiada nogę z dwiema stopami, która pozwala mu na swobodne poruszanie się, ramię z chwytną ręką służące do chwytania ładunków oraz segment, za pomocą którego rozpoznaje miejsce docelowe przenoszonego ładunku.

– Wysyłamy roboty elektromechaniczne w odległe i niedostępne miejsca, choćby takie jak Mars. My chcemy wysłać roboty molekularne również w niedostępne miejsca, ale mikroskopijne. Tam, gdzie człowiek nie może się dostać – powiedziała profesor Lulu Qian, która kierowała pracami zespołu bioinżynierów stojących za skonstruowaniem nanorobota.

Całe życie na Ziemi jest zbudowane na tych samych podstawach. W dużym uproszczeniu tworzą je cztery zasady azotowe, które są budulcem DNA. Dwie purynowe – adenina i guanina oraz dwie pirymidynowe – cytozyna i tymina. Każdą z tych substancji, dla ułatwienia, oznacza się jedną literką. I tak odpowiednio A – to adenina, T – tymina, C – cytozyna i G, którą oznacza się guaninę. Nukleotydy te łączą się w pary – A łączy się z T, a C z G.

Ten schemat wykorzystali badacze przy konstrukcji robota. Gdy pojedyncza nić napotka odwrotnie zbudowaną inną nić (np. CGATT i AATCG) łączą się one tworząc podwójną helisę, charakterystyczną dla DNA. Pojedyncza nić zawierające odpowiednie nukleotydy może wymusić połączone ze sobą inne nici do oderwania się od siebie. I w ten właśnie sposób porusza się nanorobot.

Gdy jedna stopa połączona jest z jakimś odcinkiem DNA, druga pozostaje wolna. Gdy wolna napotka pasujące DNA łączy się z nim, a w tym czasie wcześniej połączona stopa odrywa się. W podobny sposób robot chwyta ładunek, który również musi pasować do DNA.

Właściwości DNA są znane i badacze potrafią wyliczyć długość pojedynczej lub połączonych ze sobą nici. Dzięki temu można obliczyć, jak długie powinien mieć nanorobot nogi i ręce, by robił odpowiednie długie kroki i wykonał zleconą mu pracę. Przy czym roboty można konstruować wedle zadań, które mają wykonać. Mogą one mieć wiele ramion, być większe lub mniejsze.

 

Naukowcy sprawdzili działanie nanorobota w doświadczeniu. Na planszy o rozmiarach 58 na 58 nanometrów badacze umieścili odpowiednie odcinki DNA, do których mógł łączyć się robot. Ładunki, które robot miał przenieść zostały oznaczone fluorescencyjnymi markerami, tak, by łatwo można było sprawdzić, czy robot wykonał powierzoną mu pracę. I tak też się stało. Robot z powodzeniem posortował rozrzucone po planszy cząsteczki. Zajęło mu to 24 godziny, jednak czas ten można skrócić używając nie jednego, a kilku nanorobotów.

– Taki schemat może być zastosowany do pracy z różnymi rodzajami ładunków. Możemy także do jednego zadania wykorzystać wiele robotów – powiedziała Anupama Thubagere, główna konstruktorka nanorobota.

 

 

Źródło: Science, California Institute of Technology, fot. California Institute of Technology