Již dříve vznikly titěrné syntetické motory využívající DNA molekul k pohybu. Nanotechnologický analog motoru, který by byl poháněn chemickou energií, však vědcům doposud unikal. Nanostroje tak k pohybu často musely používat alternativních metod. Třeba si stopnout biologický transport (tedy využít jednobuněčných organismů) či se k cíli dostat pomocí externího působení – často magnetickým polem, které nanomašiny dovedlo k cíli. Je-li ovšem ultimátním záměrem nanostroj, který je plně autonomní, obě metody jsou nedostatečné.

Jak uplést z DNA motor

Německo-americký tým se však domnívá, že by jeho objev molekulárním strojům mohl nabídnout možnost třetí. Podařilo se jim novou metodou propojit dva kroužky řetězce DNA molekul malým "řetězem", díky němuž pohyb jednoho kroužku jako motor pohání pohyb kroužku druhého. Jinými slovy, jeden kruh plní funkci "kola" – druhý pak funkci "motoru".

Celý systém je poháněný chemickou energií ve formě RNA proteinu. Jeho vlákno je spojeno s motorovým kroužkem a právě postupná syntéza RNA řetězce slouží pro "chemický" pohon otáčení motoru. Jak rotace motoru pokračuje, syntetizované RNA vlákno zůstává pozadu jako odpadní produkt.

Výsledná jednokolka má velikost jenom 30 nanometrů. Prozatím ujede jen 240 nanometrů, navíc pouze slabou rychlostí – jedno otočení kola kolem své osy zabere 10 minut. Na první testovací jízdu to však není špatný výsledek.

Ještě podstatnější než využití principů pohybu je však konstrukce celého molekulárního stroje. Vzhledem k tomu, že i testování jízdy musí být ověřováno pomocí silných mikroskopů, vědci nemohli konstrukci sestavit pomocí malých pinzet. Namísto toho bylo využito tendence organických molekul k vlastnímu složení ve vhodných biochemických podmínkách.

Opakováním metody pomocí pokusu a omylu byli ale výzkumníci postupně s to vytvořit takové okolnosti, aby se DNA řetězce "samy" spojily do požadované formace. Jak sami říkají, je to mravenčí práce podobná skládání imaginárního puzzle, na které moc dobře nevidíte.

 

Stále v bezpečí zkumavek

Koncepčně se samozřejmě jedná o velký skok kupředu – ve světle nedávných studií ovšem nejsou molekulární nanostroje nic nového. Jsou tomu jen dva měsíce, co byly autonomní DNA origami nanoroboti schopní zmenšit rakovinové nádory v živých organismech.

Tato technologie je ještě kdesi na půli cesty mezi "tradičními" léky a molekulárními stroji – disponuje sice již mechanickými prvky (léčivo je "uzavřeno" uvnitř "klece", která se v cílové oblasti rozevře), mašina však stále spoléhá na efekt pomocí transportované chemikálie. Na druhou stranu, tato úroveň nanostrojů je již testována v organismech.

Skutečným svatým grálem nanotechnologie však není být pouhým kurýrem efektivní látky, ale přímo vykonavatelem kýženého efektu. Jenom o pár měsíců dříve tak jiný výzkumný tým vyvinul molekulární motory podobné těm z aktuální práce, a zničil jimi rakovinové tumory (viz video výše). Tyto nanostroje již přímo vlastní rotací ničily nádorové buňky. Prozatím ale jenom v bezpečí zkumavek.

A v nich takto pokročilé nanostroje nejspíše ještě také dlouho zůstanou. Byť již na testování některých pokročilých nanotechnologií uvnitř organismů (prozatím jen myší) již došlo, komplexnější molekulární stroje jsou pro testování in vivo zatím stále příliš křehké, popřípadě příliš neobratné a nešikovné.

Například ony rotující nanostroje ničící nádorové buňky pohání v jejich rotaci světelná energie – to k jejich práci snad dostačuje v Petriho misce, je to však prozatím poněkud nepraktické pro léčení onkologických pacientů.

Nanotechnologie má velký příslib, fascinující pokroky na poli molekulárních strojů jsou však stále základním výzkumem. Německo-americký tým by se svými rotačními nanomotory prozatím rád otestoval stavbu komplexnějších motorů. Jejich imaginární puzzle tak bude v zásadě testováno o nové dílky – a stejně jako doposud bude postup stát na nekonečném testování správné kombinace, to celé skoro poslepu.

O tom, v jak rané fázi ale výzkum stále je, svědčí i skutečnost, že zatím není jasné, k čemu německo-americký rotační nanomotor bude. Snad by mohl tvořit součást nanopočítačů komplexnějších strojů. Nebo by mohl sloužit k ještě preciznějšímu doručení léčiva. Spíše se však celá plejáda doposud nepředstavitelných možností vyjeví teprve v dalších letech výzkumu. Stejně jako výzkumníci se zkrátka i my budeme muset obrnit trpělivostí.

Studie byla publikována v Nature.