Молекулярные роботы ремонтируют структуры ДНК

В новом исследовании рассматриваются миниатюрные роботы на основе структуры ДНК. Они имеют подобие рук и ног, способны сортировать и доставлять молекулярные блоки. Такие ДНК-роботы могут использоваться для перестановки нано-частиц в цепочках, сборки терапевтических композиций и отдельных молекулярных компонентов среди мусора для переработки.

Также они способны доставить медицинские препараты в требуемую часть тела, как заявляют исследователи из Калифорнийского технологического института в Пасадене.

«Если мы действительно освоим способы разработки молекулярных механизмов, то сможем отправлять роботов не только в недоступные удаленные миры, но и в нано масштабные пространства, например, в артерии для кровотока», — говорит ведущий специалист исследования Лулу Цянь, доцент биоинженерии.

Новые роботы состоят из трех базовых модулей, которые представляют собой короткие фрагменты ДНК. Один модуль представляет собой «ногу» с двумя «ступнями» для передвижения. Другой модуль – это «рука» с «кистью» для захвата груза. И последний модуль может распознать конкретные точки доставки и заставить запястье освободить груз в этих местах.

Ученые использовали роботов, которые перемещались по плоскому фрагменту размером 58х58 нанометров, собранному и скрепленному из нити ДНК. Робот мог перемещаться по пластине на двух ногах в случайном направлении. Длина ноги и ступня робота определяли длину его шага, в данном случае это 6 нанометров. Когда робот ДНК сталкивался на пластине с молекулами для транспортировки, он захватывал их рукой и перемещал до тех пор, пока не обнаруживал точку доставки, к которой груз мог бы прилипать.

В качестве груза ученые использовали флуоресцентные молекулы, которые можно легко отслеживать. К тому же они были помечены нитями ДНК, удобными для захвата руками робота. В экспериментах роботы обследовали фрагмент ДНК в виде пластины и сортировали два разных груза: три флуоресцентные желтые и три флуоресцентные розовые молекулы, которые были случайным образом размещены на поверхности ДНК в двух зонах. Исследователи отмечают, что отдельные роботы могут круглосуточно сортировать эти молекулы с 80% успехом, а добавление роботов сокращает время доставки.

Хотя этот новый молекулярный механизм не является первым роботом ДНК, данная работа «является одним из первых шагов к разработке строительных блоков для универсальных ДНК-роботов, — говорит Цянь. Мы показали, как сложная задача сортировки грузов и потенциально многие другие задачи в масштабе ДНК могут быть запрограммированы для роботов, используя для этого очень простые модульные строительные блоки. Это также первый пример, показывающий, как несколько роботов коллективно выполняют одну и ту же задачу».

Ученые отмечают, что их ДНК-роботы могут адаптироваться к работе со многими видами грузов, и несколько роботов могут сортировать разные материалы параллельно. В последующем такие роботы могут обладать несколькими руками для одновременного переноса нескольких молекул.

А дополнительные модули к молекулярным роботам помогут им двигаться быстрее или позволят отмечать места, где они были, и следовать в дальнейшем по таким дорожкам подобно муравьям, которые находят прямые пути между гнездом и пищей. Исследователи заинтересованы в добавлении простой связи между роботами, чтобы они могли совместно выполнять более сложные задачи.