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 5460 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 2477 1 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 2598 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 4467 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 1983 0 Технология
0
Учёным удалось закодировать изображение на биологическом компьютере
Биологами из Израиля и США впервые получено изображение, созданное при помощи ДНК-кодирования. На одном ДНК-чипе учёные спрятали две картинки, дешифровкой которых занимались специально сконструированные молекулы. В широком смысле биологическим компьютером можно считать любой живой организм, однако в данном ..
2012-02-11 2439 0 Технология
0
Российские школьники придумали молекулярный циферблат
Школьники из Москвы, Казани и Нижнекамска разработали дизайн молекулярной машины, способной, подобно циферблату, переключаться между 12 различными состояниями. Необычное решение позволило участникам победить в Межрегиональном химическом турнире — крупнейшем командном соревновании по химии в России. Результаты опубликованы в группе турнира.Молекулярные машины ..
2017-02-09 8475 0 Технология
0
Получен самозатягивающийся трилистный молекулярный узел
Учёные из Кембриджского университета (Великобритания), работающие в области динамической комбинаторной химии, совершенно случайно обнаружили молекулу, способную самопроизвольно складываться в трилистный узел с выходом, близким к количественному. Экспериментируя с различными комбинациями «строительных блоков», химики получили молекулы, состоящие из трёх ..
2012-11-9 1418 0 Технология
0
ДНК помогла создать новый тип действенных лекарств от рака
Молекула ДНК не только хранит генетическую информацию, но и обладает ещё одним ценным свойством: её цепи очень строго организованы на наноразмерном уровне. Эта особенность позволила использовать её как мощный инструмент для конструирования наноструктур и наноизделий, в том числе лекарственных препаратов. Около 30 лет назад американский нанотехнолог Недриан ..
2012-12-11 2734 0 Технология
0
Биоинженеры собрали оптическую призму из частиц вирусов
Американские биоинженеры превратили спиральные частицы вирусов в кубики "Лего", из которых они собрали ряд объектов, в том числе и плоскую призму, которая расщепляет свет благодаря структуре, похожей по своему устройству на лапшу быстрого приготовления, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature ..
2011-10-20 2541 0 Технология
0
Чуткий нос на страже безопасности пассажиров
На международной конференции по авиационной безопасности, которая проходила в начале октября в Амстердаме, «Аэрофлот» продемонстрировал свои наработки в борьбе с терроризмом. Служебные лабрадоры, овчарки и спаниели - привычная картина в европейских аэропортах. Четвероногие спецы способны учуять запах опасности как никто другой: ..
2011-10-20 2131 0 Технология
0
Светодиодные лампы могут быть вредны
Освещение, основанное на светодиодах, скоро станет едва ли не повсеместным — в домах, офисах, на городских улицах. Однако ученых настораживает воздействие этого энергоэффективного света. Возможно, такие лампы могут отрицательно сказаться на биологических часах человека. Дело в том, что свет ..
2011-10-20 7448 5 Технология
0
Британцы мумифицировали таксиста по египетскому рецепту
Те или иные способы бальзамирования тел умерших человечество практиковало и после эпохи древнего Египта. Но авторы необычного опыта считают, что именно они первыми наиболее точно и полно восстановили тот, легендарный способ фараонов. Эксперимент провели химик Стивен Бакли (Stephen Buckley) ..
2011-10-20 2447 0 Технология
0
Новая технология РЛС позволит видеть сквозь стены
Способность видеть сквозь стены – уже не предмет научной фантастики, благодаря новой технологии «радар», разработанной в лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института. Так же, как люди и другие животные видят через волны видимого света, которые отражаются от объектов,  видит ..
2011-10-21 5640 0 Технология
1
В России грядет биореволюция
В эти дни в Москве прошло первое собрание технологической платформы "Биоиндустрия и Биоресурсы - БиоТех-2030". Будущее биотехнологии России - в лабораториях биологического факультета Московского университета. Альянс Московского государственного университета имени Ломоносова и корпорации "Ростехнологии" приносит первые плоды."Роли тут совершенно понятны. "Ростехнологии" ..
2011-10-22 2567 0 Технология
0