Kleine zelfassemblerende transportnetwerken, aangedreven door motoren op nanoschaal en bestuurd door DNA, zijn ontwikkeld door wetenschappers van Oxford University en Warwick University.

Het systeem kan zijn eigen netwerk van sporen van tientallen micrometers aanleggen, vracht over het netwerk vervoeren en zelfs de sporen demonteren.

Het werk is gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie en werd ondersteund door de Onderzoeksraad voor Engineering en Exacte Wetenschappen en de Onderzoeksraad voor Biotechnologie en Biologische Wetenschappen.

Onderzoekers werden geïnspireerd door de melanofoor, gebruikt door viscellen om hun kleur te controleren. Tracks in het netwerk komen allemaal vanuit een centraal punt, als de spaken van een fietswiel. Motoreiwitten transporteren pigment door het netwerk, ofwel concentreren in het centrum of verspreiden over het netwerk. Het concentreren van pigment in het midden maakt de cellen lichter, omdat de omringende ruimte leeg en transparant wordt gelaten.

Het systeem dat is ontwikkeld door het team van de universiteit van Oxford lijkt erg op elkaar, en is opgebouwd uit DNA en een motoreiwit genaamd kinesine. Aangedreven door ATP-brandstof, kinesines bewegen langs de microsporen die controlemodules dragen die zijn gemaakt van korte DNA-strengen. 'Assembler'-nanobots zijn gemaakt met twee kinesine-eiwitten, waardoor ze sporen kunnen verplaatsen om het netwerk samen te stellen, terwijl de 'shuttles' slechts één kinesine-eiwit nodig hebben om langs de sporen te reizen.

'DNA is een uitstekende bouwsteen voor het construeren van synthetische moleculaire systemen, omdat we het kunnen programmeren om te doen wat we nodig hebben, ' zei Adam Wolman, die het onderzoek uitvoerde aan de afdeling Natuurkunde van de Universiteit van Oxford. 'We ontwerpen de chemische structuren van de DNA-strengen om te bepalen hoe ze met elkaar omgaan. De shuttles kunnen worden gebruikt om vracht te vervoeren of om signalen af ​​te geven om andere shuttles te vertellen wat ze moeten doen.

'We gebruiken eerst monteurs om de baan in 'spaken' te ordenen, veroorzaakt door de introductie van ATP. We sturen dan shuttles met fluorescerende groene lading die zich over de baan verspreiden, gelijkmatig afdekken. Als we meer ATP toevoegen, de shuttles clusteren allemaal in het midden van de baan waar de spaken samenkomen. Volgende, we sturen signaalshuttles langs de sporen om de vrachtvervoerende shuttles te vertellen om de fluorescerende lading in het milieu vrij te geven, waar het zich verspreidt. We kunnen ook shuttles met 'demontage'-signalen naar de centrale hub sturen, de sporen vertellen dat ze uit elkaar moeten gaan.'

Deze demonstratie gebruikte fluorescerende groene kleurstoffen als lading, maar dezelfde methoden zouden kunnen worden toegepast op andere verbindingen. Naast kleurveranderingen, spaakachtige spoorsystemen zouden kunnen worden gebruikt om chemische reacties te versnellen door de benodigde verbindingen samen te brengen in de centrale hub. Breder, het gebruik van DNA om motoreiwitten te controleren zou de ontwikkeling van meer geavanceerde zelfassemblerende systemen voor een breed scala aan toepassingen mogelijk maken.