Все живые организмы от бактерий до человека сохраняют жизнь благодаря белковым моторам, которые преобразуют энергию в механические усилия и движение. Они обеспечивают деление клеток, доставку веществ, движение к пище и свету, здоровье тканей. «Если правила, которые нам известны из изучения природных молекул, верны и достаточны, то мы должны уметь строить моторы из различных частей белков и заставлять их работать заданным образом», — считает Нэнси Форд, профессор Университета Саймона Фрезера и руководитель исследовательского проекта по созданию искусственного молекулярного мотора.
Ее команда взяла за образец молекулярные моторы класса «храповик сгоревшего моста» (BBR). Эти моторы достигают направленного движения на большие расстояния за счет поглощения и разрушения богатых энергией субстратов. Первый искусственный молекулярный мотор с такой же функцией ученые назвали «Газонокосилкой», пишет New Atlas.
«Представьте себе, что пылесос Roomba работает на пыли, которую он собирает», — сказала профессор Форд.
Газонокосилка — это сфера, покрытая трипсином, ферментом, помогающим организму расщеплять белки. Как только она касается поверхности, трипсиновые «лезвия» срезают пептиды, превращая их в энергию. Отсутствие пептидов создает градиент свободной энергии, толкая мотор вперед. Скорость движения такой газонокосилки — 80 нм/с, как и у натурального белкового мотора. Кроме того, как установили ученые, если нанести на искусственное покрытие «траву» из пептидов, можно управлять траекторией «Газонокосилки».
Применять искусственный молекулярный мотор можно в медицине и биовычислениях. Дисфункция молекулярных моторов в нейронах — признак многих нейродегенеративных заболеваний, а понимание их работы в нормальном состоянии может быть ключом к лечению рассеянного склероза или спастической нижней параплегии.
В 2020 году швейцарские ученые разработали самый миниатюрный на тот момент мотор. Он состоит всего из 16 атомов и стабильно вращается в одном направлении. Главная его особенность в том, что он работает как раз на границе классической физики и квантового туннелирования — и демонстрирует странности, которые еще предстоит объяснить.
