
Для разработки нанотехнологий учёные расшифровали, как молекулы «разговаривают» друг с другом
Два молекулярных языка, лежащих в основе возникновения жизни, были успешно воссозданы и математически подтверждены благодаря новаторской работе канадских учёных из Монреальского университета.
Исследование под заголовком «Программирование химической коммуникации: аллостерия против мультивалентного механизма» опубликовали в «Журнале Американского химического общества». Научная работа открывает двери развитию нанотехнологий для различных целей: биосенсорики, доставки лекарств и молекулярной визуализации.
Живые организмы состоят из миллиардов наномашин и наноструктур, которые взаимодействуют для создания объектов и процессов более высокого порядка: движение, мышление, выживание и размножение.
— Алексис Валле-Белиль, профессор, заведующий кафедрой биоинженерии и бионанотехнологии.
Например, у дрожжей при выделении и обнаружении феромона для спаривания миллиарды молекул будут «общаться» и координировать свои действия, пояснил профессор Валле-Белиль.
Одним из хорошо известных молекулярных языков является аллостерия. Механизм этого языка — «замок-ключ»: молекула связывает и изменяет структуру другой молекулы, направляя её на запуск или подавление активности.
Другой, менее известный молекулярный язык, — это мультивалентность, также известная как хелатный эффект. Это работает как головоломка: одна молекула связывается с другой, а затем это либо облегчает, либо нет связь с третей молекулой.

Хотя эти два языка наблюдаются во всех молекулярных системах всех живых организмов, только недавно учёные начали понимать их правила и принципы — и поэтому используют эти языки для разработки и программирования новых искусственных нанотехнологий.
Коллеге профессора и первому автору исследования, докторанту Доминику Лозону, пришла в голову идея создать молекулярную систему на основе ДНК, которая могла бы функционировать с использованием обоих языков. Лозон пояснил, что ДНК подобна кирпичикам Lego для наноинженеров благодаря удобству использования.
Исследователи обнаружили, что простые математические уравнения вполне могут описывать оба языка, которые раскрывают параметры и правила проектирования для программирования связи между молекулами внутри наносистемы. Например, в то время как многовалентный язык позволял контролировать и чувствительность, и взаимодействие при активации или деактивации молекул, соответствующий аллостерический перевод на язык формул позволял контролировать только чувствительность реакции.
Имея под рукой это новое понимание, исследователи использовали язык мультивалентности для проектирования программируемого датчика антител, который позволяет обнаруживать их в различной степени концентрации. Профессор Валле-Белиль сказал, что недавняя пандемия коронавируса показала важность такой возможности. Способность точно контролировать концентрацию антител у населения — это мощный инструмент для определения индивидуального и коллективного иммунитета.
Значение открытия — не только в расширении синтетического инструментария для создания нанотехнологий следующего поколения. Выводы канадцев также проливает свет на то, почему некоторые природные наносистемы предпочли один язык другому для передачи химической информации.
Исследование под заголовком «Программирование химической коммуникации: аллостерия против мультивалентного механизма» опубликовали в «Журнале Американского химического общества». Научная работа открывает двери развитию нанотехнологий для различных целей: биосенсорики, доставки лекарств и молекулярной визуализации.
Живые организмы состоят из миллиардов наномашин и наноструктур, которые взаимодействуют для создания объектов и процессов более высокого порядка: движение, мышление, выживание и размножение.
Ключ к возникновению жизни лежит в развитии молекулярных языков, также называемых сигнальными механизмами, которые гарантируют, что все молекулы в живых организмах работают вместе для достижения конкретных задач
— Алексис Валле-Белиль, профессор, заведующий кафедрой биоинженерии и бионанотехнологии.
Например, у дрожжей при выделении и обнаружении феромона для спаривания миллиарды молекул будут «общаться» и координировать свои действия, пояснил профессор Валле-Белиль.
Одним из хорошо известных молекулярных языков является аллостерия. Механизм этого языка — «замок-ключ»: молекула связывает и изменяет структуру другой молекулы, направляя её на запуск или подавление активности.
Другой, менее известный молекулярный язык, — это мультивалентность, также известная как хелатный эффект. Это работает как головоломка: одна молекула связывается с другой, а затем это либо облегчает, либо нет связь с третей молекулой.

Хотя эти два языка наблюдаются во всех молекулярных системах всех живых организмов, только недавно учёные начали понимать их правила и принципы — и поэтому используют эти языки для разработки и программирования новых искусственных нанотехнологий.
Коллеге профессора и первому автору исследования, докторанту Доминику Лозону, пришла в голову идея создать молекулярную систему на основе ДНК, которая могла бы функционировать с использованием обоих языков. Лозон пояснил, что ДНК подобна кирпичикам Lego для наноинженеров благодаря удобству использования.
Исследователи обнаружили, что простые математические уравнения вполне могут описывать оба языка, которые раскрывают параметры и правила проектирования для программирования связи между молекулами внутри наносистемы. Например, в то время как многовалентный язык позволял контролировать и чувствительность, и взаимодействие при активации или деактивации молекул, соответствующий аллостерический перевод на язык формул позволял контролировать только чувствительность реакции.
Имея под рукой это новое понимание, исследователи использовали язык мультивалентности для проектирования программируемого датчика антител, который позволяет обнаруживать их в различной степени концентрации. Профессор Валле-Белиль сказал, что недавняя пандемия коронавируса показала важность такой возможности. Способность точно контролировать концентрацию антител у населения — это мощный инструмент для определения индивидуального и коллективного иммунитета.
Значение открытия — не только в расширении синтетического инструментария для создания нанотехнологий следующего поколения. Выводы канадцев также проливает свет на то, почему некоторые природные наносистемы предпочли один язык другому для передачи химической информации.
- Дмитрий Ладыгин
- pixabay.com; pubs.acs.org
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас

Планшет, пролежавший в Темзе пять лет, помог раскрыть серию запутанных преступлений
Эксперты говорят: даже вода не смогла стереть цифровые следы....

«Инопланетяне» на Земле? Древние 8-метровые «грибы» оказались совершенно неизвестной формой жизни
Вот уже 180 лет подряд живые «башни» ставят в тупик всю науку....

«Шерстистый дьявол» обнаружен в пустыне, на границе Мексики и США
Ученые говорят: такой уникальной находки не было последние полвека....

Американские спецслужбы скрывают правду о самой древней из библейских реликвий?
Экстрасенс ЦРУ предупредил: Ковчег Завета убьет каждого, кто к нему прикоснется....

Похоже, что проблема космического мусора в скором времени будет решена раз и навсегда
Новая технология не только очистит космос, но и поможет спутникам работать втрое дольше....

Скрытые миллиарды: население Земли оказалось гораздо больше, чем считалось
Новые исследования бросают вызов официальным демографическим данным....

Почему мы не помним себя младенцами? Новое исследование дало ответы
Возможно, помним, но «ларчик» заперт....

Археологи ликуют: в Испании нашли рисунки, которые старше человечества!
200 000-летняя находка заставит пересмотреть учебники....

iPhone, давай до свидания! Илон Маск презентовал инновационный смартфон PhoneX
Это устройство слишком прекрасно для нашей реальности....

Астрофизики рассказали, почему Вселенная замедляется вопреки предсказаниям Эйнштейна
Если открытие DESI и ослабление темной энергии подтвердится, учебники придется переписать....

Ученые поражены: мыши, как спасатели, оживляют своих сородичей, попавших в беду
Открытие, от которого дрогнет даже самое черствое сердце....

Кислород устарел! Ученые нашли новый ключ к внеземной жизни
Гицеанические миры могут стать новой надеждой астрофизиков....

Самые массовые и дикие розыгрыши на 1 апреля в мировой истории
Это вам не просто «вся спина белая»....

На 100 000 лет раньше людей: ученые рассказали, кто устроил первые похороны на планете
Загадочные карлики Homo naledi, чей мозг был размером с апельсин, оказались не глупее нас с вами....

Секретная мутация гена: оказалось, ее имеют все обитатели Марианской впадины
Поразительное открытие китайских ученых может изменить всю теорию эволюции....

10 лет за 48 часов: ИИ полностью переиграл ученых в поисках секрета супербактерий
Однако эксперты предупреждают: нейросети не только ускоряют науку, они запросто могут столкнуть нас в пропасть....