Паутину превратили в молекулярный динамометр

Паутину превратили в молекулярный динамометр

Американские биоинженеры разработали новый вид «молекулярного динамометра» из пептидной пружины на основе одного из белка пауков. Такой молекулярный прибор позволяет измерять механическое натяжение прямо внутри живой клетки, причем для этого достаточно просто наблюдать в микроскоп за характером свечения флюоресцентных белков. Описание работы опубликовано в журнале NanoLetters.

Динамометр устроен следующим образом. Он состоит из двух флюоресцентных белков, которые участвуют в резонансном переносе энергии (FRET) и при этом разделены пептидной пружиной. В ходе резонансного переноса возбуждение c одного из белков (донора) переносится на другой (акцептор) за счет взаимодействия их светящихся частей, хромофоров. Это взаимодействие, однако, сильно падает с увеличением расстояния между донором и акцептором (оно пропорционально шестой степени расстояния). Поэтому, если два белка находятся очень близко друг к другу, преимущественно светится белок-акцептор. Если же расстояние между ними становится большѝм, светится белок-донор. Так как длины волн испускаемого свечения у белков отличаются, то наблюдая за спектром флюоресценции можно измерять расстояние между ними.

Технология FRET уже довольно давно применяется в биологии для исследования белок-белковых взаимодействий, однако авторы новой работы решили пойти дальше и создали на основе резонансного переноса флюоресценции молекулярный динамометр. Для этого ученым понадобилась пружина, которая бы соединяла два белка и могла растягиваться при приложении внешней силы. Для создания такой пружины важно, чтобы степень растяжения была прямо пропорциональна величине приложенной силы (чтобы деформация была упругой). Обычные белки такой линейностью не обладают: они сначала жестко сопротивляются растяжению, а затем полностью теряют структуру и разрушаются.

Чтобы решить эту проблему ученые обратились к эластичным белкам паучьего шелка. Ранее авторы испытали пружины, созданные из восьми повторов аминокислот GPGGA, которые входят в состав белка флагеллиформа. В новой работе ученые создали набор новых пружин различной длины и измерили зависимость их растяжения от величины приложенного напряжения.

Оказалось, что самые короткие пружины обладают самой большой относительной растяжимостью: они способны увеличиваться в пять раз не теряя при этом линейной упругости. Молекулярные динамометры, созданные на их основе, оказались способны измерять силу в диапазоне от 2 до 11 пиконьютонов (10-12 ньютонов). Для сравнения, один пиконьютон приблизительно равен весу одной бактерии.

Поскольку пружины сделаны из пептидов, а не искусственных материалов, их легко ввести в генетические конструкции и синтезировать прямо в клетках. Авторы продемонстрировали удобство новой технологии, введя динамометры в состав белка цитоскелета виментина и проследив за тем, как он натягивается при образовании клеточных контактов (виментин соединяет нити актина с белками, закрепленными на клеточных мембранах).

Александр Ершов

N+1

Похожие новости:
Ученые напрямую получили из углекислого газа молекулярный кислород
Химики из США продемонстрировали простой способ прямого образования из углекислого газа молекулярного водорода и атомарного углерода. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Science. Молекулярный кислород и атомарный водород ученые получили при помощи действия на углекислый газ высокоэнергетического ультрафиолетового излучения ..
2014-10-04 5208 0 Технология
0
Японцы выпустили молекулярный поезд на рельсы из ДНК
Учёные из университета Киото научились отправлять миниатюрный молекулярный состав по разветвлённой сети рельсов из ДНК. Ранее японцы придумали, как заставить "мотор", состоящий всего из одной молекулы, двигаться по прямой. Теперь же исследователи из Страны восходящего солнца научились управлять движением ..
2012-01-25 2267 1 Технология
0
Ученые разработали солнечные батареи толщиной с паутину
Эксперты, работающие в университете Иоганна Кеплера, который расположен в Австраии, совместно с учеными из Токийского университета смогли произвести, как они говорят, революционное решение в разработке органических гибких солнечных аккумуляторов. Специалисты создали сверхтонкие, гибкие и очень эффективные фотоэлементы. Третья ..
2012-04-12 2354 0 Технология
0
Бактерии превратили в аналоговые запоминающие устройства
Американские ученые превратили бактерии в запоминающие устройства, изменив геном кишечной палочки. Память на них долго хранится, легко извлекается и стирается, что делает ее идеальным инструментом для датчиков экологического и медицинского мониторинга. О новой технологии сообщается в журнале Science. Предыдущие попытки хранить ..
2014-11-14 1659 0 Технология
0
Физики превратили в нанофильтр кусок пластика
Физики при помощи раствора уксусной кислоты и ультрафиолета превратили в нанофильтр цельный кусок полистирола с вкраплениями органического стекла, опубликовано в журнале Nature Materials. Группа ученых с руководителем Исана Сивании из Кэмбриджского университета  использовала уксусную кислоту и оргстекло крайне оригинальным ..
2011-11-29 1947 0 Технология
0
Учёные сконструировали молекулярный двигатель
По данным сайта EE Times, международный коллектив ученых сообщил в журнале Nature Nanotechnology о создании многокомпонентного молекулярного мотора, способного вращаться вперед и назад. Вращать индивидуальные молекулы удавалось и раньше, но данное устройство стало первым полноценным молекулярным двигателем, ..
2013-01-17 2408 0 Технология
0
Исландцы превратили выбросы углекислого газа в камень
Исландский проект CarbFix подтвердил эффективность утилизации парникового углекислого газа путем закачивания в вулканические породы для минерализации. Международная группа экспертов опубликовала результаты экспериментов в журнале Science. Проект CarbFix был запущен в 2012 году. Опытный комплекс по утилизации углекислого газа, ..
2016-06-12 1992 0 Технология
0
Физики сделали первый молекулярный фонтан
Физики из Свободного университета Амстердама впервые создали молекулярный фонтан — устройство, охлаждающее и запускающее молекулы вверх, чтобы проследить за их движением в условиях свободного падения. Аналогичные фонтаны для атомов были известны достаточно давно и используются в сверхточных атомных часах. ..
2017-01-11 4262 0 Технология
0
Погружение в виртуальность
Если вы не расстаетесь с виртуальным миром даже в ванной, рискуя при этом утопить свой планшет, смартфон или ноутбук, новая японская разработка - для вас! Использовав камеру от Kinect, проектор и водонепроницаемые динамики, сотрудники Университета электрокоммуникаций, расположенного в Токио, превратили обычную ванну ..
2013-08-4 1713 1 Технология
0
Дефектные провода превратили в наноустановку
Инженеры из Массачусетского технологического института разработали новый способ производства наночастиц, который основан на неустойчивости, возникающей при производстве композитных волокон. Работа опубликована в журнале Nature, а ее краткое содержание приводится на сайте института. Исследователи случайно натолкнулись на новый способ производства ..
2012-07-22 1743 0 Технология
0
Роботов-пауков научат ткать космические конструкции на орбите
Американская компания разрабатывает технологию строительства в открытом космосе, образцом для которой выступили ткущие паутину пауки. Система SpiderFab будет применять паукообразных роботов для сборки крупных объектов на орбите. О новой технологии сообщает Space.com. Проект SpiderFab руководитель компании ..
2015-04-08 1918 0 Технология
0
Ученые могут создать генетически-биологическую память
Ученые Массачусетского технологического института снова сделали открытие. Используя фермент рекомбиназы для изменения последовательности ДНК, выступающей в качестве логических элементов, исследователи разработали сотовую схему, которая не только имитирует аналогичную из кремния, но также и имеет свою собственную ..
2013-02-13 1831 0 Технология
0
Предложена технология превращения любого материала в стекло
Ученые из университетов Бристоля и Дюссельдорфа обнаружили новый способ изготовления стекла с помощью контроля расположения атомов в структуре материала. Стекло является особым состоянием материи: оно имеет механические свойства твердого тела и аморфную структуру жидкости. Еще в 1952 году сэр Чарльз ..
2012-11-13 3599 0 Технология
1
Российские физики впервые смешали свет на искусственном атоме
Группа ученых, в которую входят исследователи из МФТИ, впервые продемонстрировала эффект классического и квантового смешивания света на одиночном сверхпроводниковом кубите, выполняющем роль искусственного атома. Статья опубликована в Nature Communications.«Искусственный атом» — система, во многом похожая на обычный атом (поскольку обе эти системы ..
2017-11-19 9721 0 Технология
0
Ученые превратили простую бумагу в сенсорный дисплей
Стало возможным одним движением пальца, как на экране планшета, переносить информацию из книг и журналов в компьютер и наоборот. Разработчики из японской компании Fujitsu предложили объединить простую бумагу и сенсорный дисплей при помощи сравнительно простой технологии. Устройство состоит из обычной ..
2013-04-18 1783 0 Технология
0