محققان دانشگاه نیوساوث ولز با الهام از برهمکنش بین مولکول‌ها در طبیعت، ماشین‌های چندمنظوره در مقیاس نانو مهندسی کردند. آنها در این پروژه از اوریگامی DNA برای ایجاد نانوماشین استفاده کردند.
توسعه نانوماشین‌های خودکار با الهام از طبیعت
برای مقاومت در برابر شرایط چالش برانگیز موجودات زنده، ماشین‌های مولکولی باید برای کار مداوم در دوره‌های طولانی مدت ساخته شوند و از دوام قابل توجهی برخوردار باشند. در عین حال، آنها باید با تعویض سریع اجزای مولکولی برای پیکربندی مجدد، با نیازهای مختلف و محیط در حال تغییر خود سازگار شوند.
تیمی به رهبری لورنس لی نحوه طراحی و ساخت ماشین‌های مولکولی تبادل سریع با پایداری بالا را مورد مطالعه قرار داده و نتایج کار خود را در مجله ACS Nano منتشر کردند.
پروفسور لورنس لی می‌گوید: «ما از رویکرد زیست شناسی مصنوعی برای حل این مشکل استفاده کردیم و از این طریق یک ماشین نانوسکوپی مصنوعی را با استفاده از اجزای DNA و پروتئین ساختیم. دراین نانوماشین، توانایی تبادل زیر واحدها، عملکرد را افزایش می‌دهد، همانطور که در زیست‌شناسی مشاهده می‌کنیم.»
لورنس لی و همکارانش ماشین‌های مولکولی را با تا کردن رشته‌های DNA به شکل‌های سه‌بعدی ساختند، روشی که به نام اوریگامی DNA شناخته می‌شود. آنها نشان دادند که این نانوماشین‌های DNA می‌توانند محموله DNA و پروتئین را حمل کنند و به طور کلی با سایر مولکول‌ها و نانوذرات زیستی سازگار خواهند بود. محموله این نانوماشین در مکان‌های مختلف به گیرنده DNA متصل می‌شود و زمانی که محموله‌های دیگر در محلول وجود داشته باشند، می‌توانند توسط محموله‌های جدید از طریق فرآیند اتصال رقابتی جابجا شوند. ماشین سلولی DNA replisome نمونه‌ای از یکی از ماشین‌های طبیعت است که تجسم پارادوکس پایداری و تبادل سریع است. این نانوماشین کپی‌هایی از DNA می‌سازد. مکانیسم تبادل رقابتی که توسط DNA replisome برای دستیابی همزمان به این ویژگی‌های متضاد استفاده می‌شود، در مقاله‌ای توسط تیم پروفسور آنتوان ون اویژن از دانشگاه ولنگانگ، مطرح شد.
لورنس لی و همکارانش اکنون این نظریه را با استفاده از فناوری نانو DNA و مهندسی پروتئین زنده کرده اند. لی گفت: «این اولین سیستم مصنوعی است که از این اصل موسوم به مبادله رقابتی چند سایتی استفاده کرده است.»
مکانیسم‌های دیگری گزارش شده‌اند که خواص دوگانه پایداری و تبادل سریع را به ارمغان می‌آورند، اما تاکنون، این دوگانگی با دیگر مولکول‌های زیستی امکان‌پذیر نبوده است.
پروفسور لی گفت: «تاکنون، تمام ماشین‌های مولکولی سنتز شده با استفاده از فناوری نانو DNA با تبادل یک رشته DNA فعال می‌شوند، اما تبادل کم DNA کمی محدودکننده است. یافته‌های ما پیچیدگی عملکردی موجود برای نانوفناوری DNA را افزایش می‌دهد.»
او معتقد است که دانش فراوانی در طبیعت وجود دارد که محققان فناوری نانو باید از آن بهره ببرند. به نظر می‌رسد تبادل سریع و حفظ ثبات بالا دو حالت ناسازگار باشند، با این حال تعداد زیادی از ماشین‌های نانومقیاس طبیعت وجود دارند که به این شکل عمل می‌کنند.
