Een groep onderzoekers van de Marshall University en hun collega's in Japan doen onderzoek dat kan leiden tot nieuwe manieren om afzonderlijke moleculen te verplaatsen of te positioneren - een noodzakelijke stap als de mens ooit hoopt moleculaire machines of andere apparaten te bouwen die op zeer kleine schaal kunnen werken.

Dr. Eric Blow, een lid van het onderzoeksteam en een universitair hoofddocent aan de afdeling Biologische Wetenschappen van de Marshall University, zei dat zijn groep heeft laten zien hoe bionanomotoren ooit kunnen worden gebruikt om moleculen op nanoschaal te verplaatsen en te manipuleren.

Hun onderzoek zal worden gepubliceerd in het 5 februari nummer van het onderzoekstijdschrift Klein .

"In staat zijn om een ​​enkel molecuul onder gecontroleerde omstandigheden te manipuleren is eigenlijk een behoorlijk grote uitdaging, "zei Blough. "Het is niet helemaal hetzelfde, maar stel je voor dat je een enkele naald van de grond probeert te pakken met een enorme stoomschop, en dit zo te doen dat u de naald oppakt en niets anders. Of, om het anders te zeggen:hoe manipuleer je iets dat heel klein is met iets dat heel groot is? We besloten dit probleem te omzeilen door te kijken of het mogelijk was om afzonderlijke moleculen te gebruiken om andere afzonderlijke moleculen te verplaatsen."

"Wat we in het laboratorium proberen te repliceren, is iets dat de natuur al miljoenen jaren doet - cellen gebruiken de hele tijd bionanomotoren om dingen te verplaatsen, " hij zei.

Blough beschrijft bionanomotoren als natuurlijk voorkomende kleine "machines" die chemische energie direct omzetten in mechanisch werk. Een nanometer is ongeveer 1/100, 000 de breedte van een mensenhaar. Een nanomotor heeft dezelfde afmetingen en werkt op de kleinste schaal.

"Onze spieren zijn het levende bewijs van hoe bionanomotoren kunnen worden ingezet om nuttig werk te doen, " hij voegde toe.

In het labortorium, Blough en zijn collega's gebruikten myosine - een eiwit dat in spieren wordt aangetroffen en dat verantwoordelijk is voor het genereren van de kracht van spiercontractie - als de motor, en actine - een ander eiwit geïsoleerd uit spieren - als de drager.

Met behulp van een techniek om een ​​patroon van actieve myosinemoleculen op een oppervlak te maken, ze lieten zien hoe lading - ze gebruikten kleine kralen - aan actinefilamenten kon worden bevestigd en van het ene deel van het oppervlak naar het andere kon worden verplaatst. Om het systeem te verbeteren, ze gebruikten ook actinefilamenten die ze samen hadden gebundeld.

"Toen we voor het eerst met ons werk begonnen, we merkten dat enkelvoudige actinefilamenten willekeurig bewogen, " zei Dr. Hideyo Takatsuki, hoofdauteur van het tijdschriftartikel en een postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Blough. "Om iets effectief van punt A naar punt B te kunnen transporteren, moet je enige controle over de beweging hebben. De actinefilamenten zijn zo flexibel dat het moeilijk is om hun beweging te beheersen, maar we ontdekten dat als we een bos bundelden van hen samen, de beweging van de filamenten was bijna recht."

In aanvulling, het team toonde ook aan dat ze licht konden gebruiken om de beweging van de filamenten te regelen.

"Om een ​​transportsysteem efficiënt te laten werken, je moet echt de mogelijkheid hebben om de vervoerder te stoppen om vracht op te halen, evenals de middelen om het vervoer te stoppen wanneer u op uw bestemming aankomt, ", voegde Takatsuki eraan toe.

Om de beweging te controleren, ze kozen ervoor om gebruik te maken van de chemische eigenschappen van een ander molecuul, blebbistatine genaamd.

"Blebbistatin is een remmer van myosine en kan worden in- en uitgeschakeld door licht, " zei Blough. "We ontdekten dat we konden stoppen en beginnen met bewegen door de manier waarop het systeem werd verlicht te veranderen."

Volgens Blow, het langetermijndoel van het werk van het team is om een ​​platform te ontwikkelen voor de ontwikkeling van een breed scala aan transport- en detectietoepassingen op nanoschaal in het biomedische veld.

"De belofte van nanotechnologie is immens, " zei hij. "Op een dag zou het mogelijk kunnen zijn om diagnostische tests uit te voeren met behulp van ongelooflijk kleine hoeveelheden monster die in een zeer korte tijd en met een hoge mate van nauwkeurigheid kunnen worden uitgevoerd. De implicaties voor het verbeteren van de menselijke gezondheid zijn ongelooflijk."

Blough voegde eraan toe dat hoewel hun recente werk een stap voorwaarts is, er is nog een lange weg te gaan.

"Er zijn een aantal verdere verbeteringen nodig voordat bionanomotoren kunnen worden gebruikt voor 'lab-on-a-chip'-toepassingen, " zei hij. "Het is een uitdagend probleem, maar dat is een van de geweldige dingen van wetenschap - elke dag is nieuw en interessant."