Skip to main content

Article Category

Wiadomości

Article available in the folowing languages:

"Nano-przełącznik" pomostem między światem biologicznym i nano-światem

- Szczerze mówiąc, niektórzy naukowcy nie sądzili, że to co robimy, jest możliwe - mówi dr Keith Firman po zakończeniu koordynowanego przez siebie projektu Mol-Switch, realizowanego w szóstym programie ramowym (6. PR). - Jednakże sprawiliśmy, że nasz molekularny przełącznik dz...

- Szczerze mówiąc, niektórzy naukowcy nie sądzili, że to co robimy, jest możliwe - mówi dr Keith Firman po zakończeniu koordynowanego przez siebie projektu Mol-Switch, realizowanego w szóstym programie ramowym (6. PR). - Jednakże sprawiliśmy, że nasz molekularny przełącznik działa - oznajmił w swojej wypowiedzi dla serwisu IST Results. Projekt ten przyniósł nie tylko zamierzone efekty, lecz odniósł sukces będąc obiektem skrupulatnej analizy i sceptycyzmu ze strony ekspertów z takich dziedzin powiązanych, jak biotechnologia i biofizyka. Sam projekt jest raczej trudno zdefiniować: tzw. "nano-siłownik" ("nano-actuator") - urządzenie tak małe, że może być wykorzystywane do przemieszczania określonych fragmentów DNA i umożliwiające jednostkowe sekwencjonowanie DNA. Celem projektu było wykonanie pojedynczego "nano-przełącznika" molekularnego. To nano-urządzenie zostało opracowane w ciągu trzech lat przez sześciu partnerów, a mianowicie brytyjski Uniwersytet w Portsmouth oraz National Physical Laboratory, francuski ENS/CNRS, holenderski TUDelft, włoski Uniwersytet w Parmie oraz czeski Instytut Mikrobiologii w Pradze. Wcześniej postanowiono, że projekt zostanie uznany za sukces, o ile możliwe będzie zaprezentowanie działania, sprawności i stabilności przełącznika, jego skuteczności w sekwencjonowaniu DNA i jego potencjału komercyjnego. Eksperymentalna część projektu składała się z dwóch etapów - po pierwsze, należało wykorzystać silnik biologiczny do wytworzenia nano-siłownika (lub po prostu urządzenia), w celu pociągnięcia cząstki magnetycznej w kierunku powierzchni. Ruch cząstki generowałby niewielki, lecz wykrywalny, prąd elektryczny. Po drugie, silnik biologiczny powinien przyciągnąć znakowane fluorescencyjnie cząsteczki DNA w kierunku znakowanej fluorescencyjnie wersji silnika. Ma to w efekcie spowodować transfer energii od fluorofora będącego donorem do fluorofora będącego akceptorem czyli tzw. FRET ("Fluorescent Resonant Energy Transfer"), dzięki czemu możliwe jest dokonanie dokładnych pomiarów sekwencjonowania DNA i tym samym potwierdzenie dokładności tego przełącznika. Rozszyfrowanie sekwencjonowania DNA w organizmie ludzkim jest przedmiotem powołanego w tym celu projektu "Human Genome Project". DNA zawiera cztery "podstawowe jednostki strukturalne". Wszystkie one są białkami i określa się je literami A, C, G i T. Różne sekwencje genów to po prostu zestawienia A, C, G i T w rozmaitych kombinacjach. Badacze wykorzystali rodzaj silnika molekularnego znanego jako "enzym restrykcyjno-modyfikujący". Ten silnik molekularny łączy się tylko z określonymi sekwencjami nukleotydów A, C, G i T. - Wiązanie to jest bardzo specyficzne, silnik będzie wiązał się tylko z właściwymi dla siebie podstawowymi jednostkami strukturalnymi, tak więc można dokładnie kontrolować miejsce, w których silnik jest umieszczony na pionowej nici DNA - powiedział dr Firman. Nić DNA zachowuje pozycję pionową dzięki polu magnetycznemu przyciągającemu znacznik magnetyczny na jej końcu. Silnik molekularny znajduje się gdzieś poniżej znacznika magnetycznego, w określonym ustawieniu, i nie porusza się. Kiedy uruchomiony zostaje silnik molekularny, kiedy następuje jego zasilenie "paliwem biologicznym" - ATP, wciąga on nić DNA, zatrzymując się w momencie, gdy dotrze do znacznika magnetycznego. Dlaczego jest to istotne i do czego się przyda? Mówiąc najprościej, ten nano-przełącznik umożliwia przekształcenie jednej formy energii w drugą, w pożytecznym celu i w sposób kontrolowany. - Wyłącznik światła, przycisk umożliwiający działanie automatycznego pióra, wszystko to są siłowniki, a dzięki opracowaniu przełącznika molekularnego stworzyliśmy niewielki siłownik, który można wykorzystać w równie szerokiej liczbie zastosowań - twierdzi dr Firman. Wynik ten jest całkiem dosłownie podstawową częścią składową nano-świata i wraz z rozwojem wyobraźni badaczy będą pojawiać się kolejne użyteczne zastosowania przełącznika. - Można byłoby go wykorzystać jako łącznik pomiędzy światem biologicznym i "krzemowym". Mogę sobie wyobrazić, że dzięki zastosowaniu w nim ATP, byłby to rodzaj interfejsu pomiędzy mięśniami i urządzeniami zewnętrznymi w implantach u ludzi. Na tego rodzaju zastosowanie trzeba jeszcze poczekać od 20 do 30 lat - mówi dr Firman. - Jest to niezmiernie fascynujące, a obecnie ubiegamy się o objęcie podstawowych koncepcji ochroną patentową. Jeden niezamierzony produkt uboczny omawianych badań dotyczy sekwencjonowania DNA. Jeżeli nić DNA jest znakowana fluorescencyjnie, wówczas "znając prędkość silnika, która jest zupełnie wiarygodna i stabilna w każdej określonej temperaturze, można zlokalizować ustawienie [cząsteczki] fluoru opartej na DNA względem usytuowania wiązania silnika", mówi dr Firman. - Wymaga to przeprowadzenia dalszych prac. Jednakże sama koncepcja jest logiczna i obecnie dysponujemy wystarczającymi dowodami, by wskazać, że można ją wykorzystać do sekwencjonowania polimorfizmów pojedynczych nukleotydów (single-nucleotide polymorphisms - SNP), które powodują zaburzenia genetyczne. Kolejnym krokiem będzie przekształcenie tego pomysłu w produkt rynkowy. - Ubiegamy się o nowy projekt w ramach programu [Unii Europejskiej] "nauka i technologia przyszłości" (NEST), a jeżeli to się powiedzie, będziemy w stanie opracować produkt handlowy z przeznaczeniem dla biodetekcji - zapowiada dr Firman.

Kraje

Czechy, Francja, Włochy, Niderlandy

Powiązane artykuły