Forskare har framgångsrikt använt DNA-origami för att göra glattmuskulära sammandragningar i stora nätverk av molekylära motoriska system, en upptäckt som kan tillämpas inom molekylär robotik.

"Vi har framgångsrikt demonstrerat programmerad självmontering av ett biomolekylärt motorsystem, "skriver forskarna från Japan och Tyskland som genomförde studien.

Det biomolekylära motorsystemet, bestående av fibrösa mikrotubuli och motorproteinkinesiner, spelar en viktig roll i cellulära transportsystem. Forskare tror att de kan använda motorerna i molekylär robotik, men det är fortfarande svårt att sätta ihop ett större system från de små molekylerna.

I den aktuella studien publicerad i Nanobokstäver , forskargruppen inklusive Akira Kakugo från Hokkaido University, Akinori Kuzuya från Kansai University, och Akihiko Konagaya från Tokyo Institute of Technology utvecklade ett system som kombinerar DNA -origami och mikrotubuli. DNA -origami bildades av sex DNA -spiraler buntade ihop. Genom att blanda de två komponenterna fick mikrotubuli att självmonteras runt DNA-origami som bildade stjärnformade strukturer. Denna självmontering möjliggjordes genom bindning av komplementära DNA-strängar fästa vid varje komponent.

Teamet designade sedan en "kinesin linker" som är gjord av fyra kinesin motorproteiner som strålar ut från ett centralt kärnprotein. Dessa kinesinlänkare sammanfogade mikrotubuli, att få flera stjärnliknande enheter att ansluta, bildar ett mycket större hierarkiskt nätverk.

När adenosintrifosfat (ATP), en molekyl som lagrar och bär energi, lades till i systemet, kinesinlänkarna rörde sig, vilket får det mikrotubulära nätverket att dynamiskt dra ihop sig inom några minuter. Detta liknade sammandragning av släta muskler enligt forskarna.

Denna dynamiska sammandragning inträffade bara när DNA-origami var närvarande, antyder vikten av den hierarkiska sammansättningen inom det mikrotubulära nätverket. "Ytterligare studier kan leda till användning av DNA för kontrollerade, programmerbar självmontering och sammandragning av biomolekylära motorer. Sådana motorer kan hitta tillämpningar inom molekylär robotik och utveckling av mikroventiler för mikrofluidiska enheter, " säger Akira Kakugo.