Molekuláris pókok nyírják a nanofüvet

A pók mozgása: a láb rögzül a felszínhez (2), megbomlik a kötés a rögzített láb és a felszín között, ezáltal a pók előre mozdul (3) a korábbi felszínek már nem kötnek, így a pók nyomot hagy maga után (4). © BBC

A kísérlet megértéséhez tegyük fel, hogy egy kertben a fűszálak mérete molekuláris. Képzeljük el, hogy a rovarok a fűben szintén hasonlóan parányira lettek összezsugorítva. Nanolábaikkal kapaszkodnak a fűszálakon, így mozogva a pázsiton. Az Egyesült Államok egy kutatócsoportja hozott létre ilyen élőlényeket melyek DNS-nyi méretűek, és molekula póknak hívják őket. DNS lábaik hossza 10 nanométer vagyis egy tízmilliomod milliméter. Meghajtásuk nincs, véletlenszerűen lebegnek a folyadékban, amely a "nanofüvet" borítja.

„Ekkora méretű molekulákat folyamatosan mozgatják a vízmolekulák” - magyarázza Milan Stojanovic a Columbia Egyetem biokémikusa. Ahogy lebegnek, lábaik folyamatosan súrolják a fűszálakat. Ezek a DNS lények tapadókoronggal ellátott lábakkal lettek megalkotva, és könnyen hozzátapadnak a molekuláris fűszálakhoz. Ezen kívül olyan „ollókkal” (enzim katalizátorokkal) is felszerelték őket, melyekkel le is nyírják a füvet, melyhez tapadnak. Eszerint amíg a lenyírt gyep nyomán felszabadult lábak szabadon kalimpálnak új tapadó felület után kutatva, addig a többi láb fixen tartja a parányi biorobotot. „Az apró szerkezet így megindulhat az oldatban” - mondja Dr. Stojanovic.

S ahogy a mikroszkopikus fűnyírók megindulnak a mezőn előre, maguk mögött tiszta ösvényt hagynak. A pókocskák annyira picik, hogy a kutatók is csak abból következtetnek útjuk irányára, hogy merre hagynak maguk mögött tiszta ösvényt. Ezen tulajdonság kihasználásával a kutatóknak az célja, hogy ne járjanak kétszer egy helyen a molekulák, tágabb értelemben, mindez jelentős lépés az irányított molekula megalkotásának irányába.

Ráadásul a tudósok a parányi lények mozgásának sebességét is képesek befolyásolni. „Mivel ezek az „enzimek” érzékenyek az működési rendszerükhöz hozzáadott anyagokra, ezért képesek vagyunk megállítani, elindítani, gyorsítani és lassítani haladásukat” – magyarázza a Science in Action program vezetője Stojanovic doktor a BBC-nek.

A kutató csapatával speciálisan módosított hosszúságú DNS-eket alkottott egyszerű molekuláris számítások elvégzésére. Előzőleg egy molekuláris számológépet készítettek, melyet amőbázásra programoztak, így demostrálva a rendszer működését.

Reményeik szerint hasonló elven működő, kifinomult irányítással kémiai úton vezérelhető pókokat hozhatnak létre. Stojanovicnak azonban ennél is ambiciózusabb tervei vannak.
 
„Két hasonló molekula képes lehet egymással kommunikálva még komplexebb létformát alkotni" - magyarázta a szakember. "Ezeket aztán különböző feladatokkal bízhatnánk meg, s figyelhetnénk hogyan végzik el a rájuk szabott műveleteket. Így például ragadozó – zsákmány viszony alakítható ki, melyben az egyik megkísérelné elpusztítani a másik lábait.”

Mindez úgy hangzik, mint valami mikroszkopikus robotháború. A fűnyíró pókok alkalmazásának azonban egy lehetséges gyakorlati felhasználása lehet a gyógyszerek véráramba juttatásának egy az eddigieknél hatékonyabb módja.

A cukorbetegek számára például – amennyiben a pókok érzékenyek lennének a vércukorszint változására – biztosíthatná az állandó inzulinszintet a beteg szervezetének aktuális igényei szerint. Stojanovic szerint a DNS-kel történő kommunikáció és azok irányíthatósága rendkívül tág kereteket biztosít azok alkalmazására.

„Igen inspirálóak számunkra az RNS-alapú, korai életformák modelljei, s a tény, hogy a korai nukleinsav molekulák komplex feladatok ellátására buzdíthatóak„ –mondja Stojanovic.

A kutatást kritizálók szerint a robotpókok igen veszélyes tudományos területre vezetnek. Stojanovic azonban védekezésképp felhozza, hogy robotjaik csak a számukra megszabott feladatok elvégzésére alkalmasak, adott mozgási és cselekvési sorral, melyeknek gyakorlati haszna van az emberiség számára.