Учёные воссоздали вирусные наномашины
Российские и французские учёные создали модель, демонстрирующую устройство и работу шпицеобразных белковых «наномашин». В дальнейшем такие микроскопические роботы смогут помогать человеку бороться с инфекционными заболеваниями, пригодятся в биоинженерии и генетических экспериментах. Воссоздать данный механизм исследователи смогли после детального изучения вирусов и некоторых бактерий.
Вирусы, как известно, очень мелкие существа – гораздо меньше любой клетки. Они не имеют клеточного строения. Так что даже принадлежность их к живым существам долгое время находилась под сомнением. В процессе длительной эволюции вирусы обзавелись приспособлениями, с помощью которых они проникают внутрь клетки и впрыскивают в неё свой генетический материал – только так вирусы могут существовать и размножаться.
Эта способность вирусов была известна уже давно, однако в деталях процесс проникновения в клетку долго не был изучен. И вот теперь биологи не только раскрыли подробности этого свойства вирусов, но и реализовали его искусственное подобие.
У вирусов существует несколько систем проникновения, однако наиболее эффективно работает система, состоящая из двух трубок, вставленных одна в другую. Когда внешняя трубка сокращается, внутренняя протыкает оболочку клетки и вливает в неё ДНК или РНК вируса. Такое природное устройство напоминает шприц. Этот механизм и воссоздали учёные. Примером таких систем в микромире являются бактериофаг Т4 (вирус, «охотящийся» на бактерий) и белок пиоцин R-2.
Казалось бы, построить такую белковую машину в условиях лаборатории легко. Однако в её устройстве есть несколько тонкостей. Одна из них – это энергия. Любое устройство, даже молекулярное, работает только за счёт источника энергии, внешнего или внутреннего. У белковой наномашины таким источником внутренней энергии является «чехол» (внешняя трубка), находящийся в растянутом состоянии. Вспомните обычную пружину: если её растянуть и зафиксировать, то она будет обладать огромной потенциальной энергией, которая израсходуется, если её отпустить. Так и устроен «чехол». Внутренняя трубка, служащая «шпагой», влияет на геометрическую форму «чехла», позволяя ему совершить наибольшую работу и высвободить больше энергии.
Что это даст в будущем?
Подобные нанороботы, построенные на основе бактериофагов, позволят бороться с инфекционными заболеваниями бактериального характера. В настоящее время для этой цели используются антибиотики, которые со временем теряют свою эффективность – бактерии к ним привыкают. Белковый «шприц» же – оружие радикальное и безотказное, его жало пробьёт любую бактериальную мембрану и разрушит вредоносную клетку.
Другое направление – генная инженерия. С помощью белковых шприцев можно будет переносить участки ДНК из одной клетки в другую. Это существенно упростит создание организмов с новыми, полезными для человека свойствами. В будущем это приведёт к развитию новой области знаний – биоинформатики.
Совершенные природные машины
Найденная соразмерность между внутренней и сжатой внешней белковыми нанотрубками повышаетэффективность работы шпицеобразных наномашин
Бактериофаги, взятые за основу упомянутой модели, являются довольно уникальными существами среди вирусов. Как и другие вирусы, они способны создавать множество копий себе подобных (что известно благодаря счётчику колоний), но у бактериофагов скорость размножения нередко более высока. Многие бактериофаги имеют длинный «хвост», синтезирующий достаточное количество энергии для проникновения в клетку хозяина. Если по каким-то причинам вирус долго не может отыскать подходящего хозяина, то он способен долгое время сохранять живучесть и способность заражать. Поэтому бактериофаги исключительно опасны для одноклеточных микроорганизмов.
Конечно, одним разрушением бактериальных клеток дело не ограничивается. Вирусы способны приносить в клетку новый генетический материал, который в отдельных случаях «совершенствует» клетку. Такое возможно, в частности, благодаря непрекращающейся эволюции самих бактерий. Учёные считают, что некоторые органеллы бактерий и других одноклеточных организмов – это бывшие вирусы, «сросшиеся» с содержимым клетки. Такие амбивалентные свойства вирусов открывают широкие возможности для их использования не только в целях разрушения, но и в целях созидания.
