Бактерия стала нанобелкой

Японские ученые впрягли живых бактерий в микродвигатели, объединив тем самым органическую силу живых микроорганизмов и неорганические конструкции. Исследование провели нанобиолог Токийского университета Юйчи Хирацука и его коллеги из японского Национального института современных индустриальных наук и технологий под Токио. Свое открытие японцы описали в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Эксперименты проводились с одной из самых быстро двигающихся бактерией – Mycoplasma mobile. Если сравнить ее размер с бегуном роста 180 см, ее скорость составила бы около 32 км/ч. В своем обычном размере бактерия проползает по поверхности более 1,7 см в час.

Чтобы бактерия производила нужную работу и придерживалась верного пути, ученые сконструировали замкнутую круглую тропинку и покрыли ее сахаристыми веществами. В «беговую дорожку» ученые внедрили ротор и снабдили бактерию витамином B7, который связывает ее с выступом «колеса». Каждый зубец гравирован кремнеземом и составляет в ширину 20 микрон, примерно одну пятую диаметра человеческого волоса.

Вращающий момент каждой шестеренки такого двигателя все же в 10 тыс. раз меньше совершаемого обычным электронным микроскопическим мотором. Но скорость можно компенсировать количеством бактерий на одном роторе, считает Хирацука, доведя его, например, до 100 штук. Другой плюс изобретения в том, что бактериям для работы нужна лишь глюкоза, и «бактериальные двигатели» могут совершать работу даже во влажной среде в отличие от обычных электронных.

Следующим шагом будет использование мертвых бактерий для избежания потенциальной биологической опасности, которую несут живые. Мертвые микроорганизмы могут также скользить по поверхности, если их снабжать необходимыми органическими компонентами. Хирацука считает, что двигатели на бактериях можно будет использовать для работы микронасосов в lab-on-a-chip устройствах, то есть «однокристальных лабораториях». Кроме того, возможно, данный мотор можно использовать в качестве движителя лекарств к нужной точке организма.

Основанные на бактериях наноструктуры всё ближе к тому, чтобы получить промышленное применение в самых неожиданных областях.

Правда, пока процесс в основном идет на стадии накопления данных, однако и она приносит удивительные результаты.

Например, в апреле микробиологи продвинулись к схеме продвижения лекарств по организму с другой стороны – за счет миксобактерий. Изучавший миксобактерии специалист по полимерам из университета штата Коннектикут Андрей Добрынин сравнил их с миниатюрными ракетами.

На каждом конце миксобактерии на внешней мембране имеется по 250 своеобразных «горлышек». Выбрасывая слизь из одного или из другого набора, миксобактерии могут стремительно двинуться вперед или назад – это и заставило Добрынина уподобить бактерии ракетам. Скорость перемещения достигает 10 микрометров в секунду.

А в феврале ученые из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) и их коллеги из университета Болоньи продемонстрировали искусственное наноразмерное транспортное устройство, работающее от солнечного света. Наномотор состоит из одной-единственной сложно устроенной молекулы – ротоксана. В поперечнике он составляет 5 нанометров. Механически переплетенные молекулы образуют кольцо, надетое на стержень и зафиксированное упорами с обеих сторон. Кольцо способно смещаться вперед-назад на расстояние 1,3 нанометра. Наномотор работает в четыре цикла, из-за чего ученые в шутку уподобили его поршню ДВС.

Нанотехнологи из университета Райса пошли еще дальше – они создали не просто мотор, а целый молекулярный автомобиль. Машина состоит приблизительно из трех сотен атомов, собранных в одну сложную молекулу. У машины есть рама и четыре колеса, в качестве которых использованы фуллерены. При нагреве до 200°С колеса начинают вращаться на осях – химических связях.