Ученые обнаружили нанороботов в живой ткани

Самое удивительное, что они там, кажется, уже давно. Новое исследование свидетельствует о важном открытии в области наномашин в живых системах.

Профессор Сасон Шайк из Еврейского университета Иерусалима и доктор Кшатреш Дутта Дубей из университета Шив Надар провели молекулярно-динамическое моделирование ферментов цитохромов Р450 или CYP450s и обнаружили, что эти ферменты проявляют уникальные свойства мягкой робототехники.

Цитохромы Р450 (CYP450s) — ферменты, встречающиеся в живых организмах и играющие важнейшую роль в различных биологических процессах, в частности, в метаболизме лекарств и ксенобиотиков. Проведенное моделирование показало, что CYP450 обладают четвертым измерением — способностью чувствовать и реагировать на раздражители, что делает их мягкими роботами-наномашинами в живой материи.

В каталитическом цикле этих ферментов молекула, называемая субстратом, связывается с ферментом. В результате происходит процесс, называемый окислением. Структура фермента имеет замкнутое пространство, что позволяет ему выступать в роли сенсора и мягкого робота. Он взаимодействует с субстратом с помощью слабых взаимодействий, таких как мягкие удары. Эти взаимодействия передают энергию, заставляя двигаться части фермента и молекулы внутри него. В результате этого движения образуется особое вещество — оксожелезо, которое служит ферменту для окисления различных веществ.

Основной вывод, который можно сделать на основе молекулярно-динамического моделирования, заключается в том, что каталитический цикл CYP450s сложен, но следует логической последовательности. Ограниченное пространство фермента, стратегическое расположение остатков и каналы позволяют ему быть чувствительным сенсором субстрата, собственных изменений гема и конформационных сдвигов в активном сайте. Такая способность к восприятию и реагированию позволяет создать мягкого робота с четвертым измерением чувствительности, что ранее не наблюдалось в обычной трехмерной материи.

Мы обнаружили, что CYP450 действуют как мягкие роботы в живой материи, демонстрируя удивительную способность к восприятию и реагированию. Это захватывающее открытие, и мы полагаем, что аналогичные механизмы механотрансдукции сигналов мягкого воздействия могут действовать и в других мягких роботах в природе, — заявил профессор Сасон Шайк, один из ведущих исследователей.

Полученные результаты открывают новые возможности для исследований в области мягкой робототехники, поскольку все большее значение приобретают четырехмерные материалы, приводимые в движение внешними триггерами. Такие материалы, например, гидрогели, созданные с помощью 3D-печати, напоминают ферменты по своей способности чувствовать и вызывать изменения. Последствия этого открытия выходят за рамки биологии и химии, потенциально революционизируя такие области, как разработка искусственного интеллекта и синтез саморазвивающихся полимеров/гелей.

Доктор Кшатреш Дутта Дубей, соавтор исследования, добавил:

Мы вступаем в захватывающую эру химии, когда мягкая робототехника и интеллектуальный дизайн наномашин могут привести к беспрецедентным достижениям. В будущем возможно создание саморазвивающихся полимеров и вечных наномашин, способных синтезировать новые молекулы по своему желанию.

По мнению ученых, интеграция языка мягкой робототехники и машинного программирования может ускорить прогресс в разработке четырехмерных материалов и раскрыть весь потенциал мягкой робототехники.

07.08.2023