Вчені зуміли імплантувати кремнієві нитки 20-40 нм товщиною в ліпідну мембрану, щоб передавати і отримувати сигнал між її внутрішньою частиною і навколишнім світом. Словом, відтворити одну з найважливіших функцій живої клітини.
Можливо, ця робота стане ще одним невеликим кроком до створення інтегрованих біологічних та електронних систем. А такі системи забезпечать нам абсолютно вражаючі можливості - скажімо, постійного моніторингу стану окремої клітини без порушення її нормальної роботи.
На жаль, до цього світлого майбутнього ще дуже і дуже далеко, інтеграція живих і електронних систем залишається завданням вкрай складною. Взяти хоча б такий важливий процес, як перенесення заряджених іонів через клітинну мембрану, один із засобів «спілкування» між клітинами і основний спосіб передачі сигналу нейронами. Досі ніхто не зміг створити електронний пристрій, здатний контролювати цей процес.
Першим став каліфорнійський біохімік Олександр Ной (Aleksandr Noy) і його колеги, які зуміли інтегрувати кремнієві нанонити в ліпідний біслою. Ця структура в своїй основі аналогічна клітинній мембрані і складається з двох шарів молекул ліпідів, розгорнутих назовні своєю гідрофільною («водолюбною») частиною, а один до одного - гідрофобною («водовідштовхуючою»). Впроваджені в такий «бутерброд» нанонити виявилися здатні перетворювати потік іонів, що проходять крізь впроваджені в нього транспортні білки, в електричний сигнал, і навпаки. "Пристрій, - пояснює Ной, - здатний контролювати дію білків: "відкривати" і "закривати" їх, а діяльність білків змінює вихідний сигнал на пристрої ".
У своїх дослідах вчені використовували невеликий бактеріальний білок граміцидин А (що входить до складу відомого антибіотика), який, впроваджуючись у ліпідну мембрану, формує канал, через який можуть рухатися протони та інші невеликі позитивно заряджені іони. Коли цей процес запускався, вчені моментально отримували про це інформацію: в нанонітях з'являвся електричний сигнал. Їм також вдалося повністю блокувати канал за допомогою іонів кальцію, як це відбувається і в природі.
Потім був використаний інший білок-антибіотик, виділений з грибів аламетицин, який також вбудовується в мембрану і утворює в ній канал для руху іонів. На цьому етапі вчені докладали напруги до наноній, і це призводило до того, що вбудовані білки приймали потрібну просторову конфігурацію, і канал відкривався.
«Що тут дійсно вражає, - коментує біохімік з Ірландії Кеннет Доусон (Kenneth Dawson), - це те, що їм вдалося докласти напругу до» дроту «і змусити білки вишикуватися так, як потрібно - тобто, відтворити природний процес формування білкових іонних каналів».
Це досягнення навіть дозволило ірландському вченому трохи помріяти про майбутнє подібних технологій: "У природі є великий безліч складних білків, здатних робити абсолютно фантастичні речі. І я думаю, ці їхні здібності треба використовувати, щоб створювати з них ще більш складні системи для різних завдань. Втім, ми ще дуже далеко від практичного вирішення цих питань. Але і прогрес у цій галузі дуже і дуже великий - якщо все і далі піде так, я впевнений, що ми побачимо перші практичні результати вже в найближчі років 5, а то і раніше ".
Читайте також про те, як дослідники з Оксфорда зібрали штучні клітини, а з них - нескладну електричну схему: «Клітинний випрямитель».
Публікація Nature News