
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

Выяснилось, что суша вокруг Аральского моря... стремительно поднимается
И ученые сумели разгадать эту удивительную загадку природы....

В каменных гробницах древней Ирландии похоронены вовсе не те, о ком думали ученые
Генетический анализ переписывает историю неолита....

Тайна последнего Папы: сбудется ли пророчество XII века?
Три Петра, один престол: что об этом говорят историки и сам Ватикан?...

Что 220 дней в космосе сделали с 70-летним мужчиной?
Старейший астронавт NASA возвратился на Землю....

Застукали: антарктического гигантского кальмара впервые запечатлели в естественной среде
Прошёл век после открытия вида....

Невероятная история единственного человека, которому удалось проникнуть в Зону 51
Джерри Фримен не только выбрался оттуда, но и рассказал, что увидел....

«Двух монстров» засняли на камеру в знаменитом шотландском озере
Ученые не верят, но кого тогда видел очевидец?...

Американские военные приступили к строительству орбитального авианосца
Пентагон говорит, что это исключительно ради мира. Но эксперты прогнозируют военную эскалацию в космосе....

Оказывается, римляне периодически врали о своих победах в исторических хрониках
Недавно археологи обнаружили в Судане очередное яркое тому подтверждение....

Бетон в туннелях для автотранспорта гниёт удивительно быстро
Казалось бы прочный материал гложут микробы....

Китай испытал новейшую водородную, но не ядерную бомбу
Кто-то говорит, что это инновация, а кто-то, что такое уже было в СССР....

Ученые заставили человеческий глаз видеть совершенно новый цвет
Он называется оло, и его практически не описать словами....

Шимпанзе устраивают пьяные вечеринки
Похоже, у человека и близких видов это в крови....

Вороны еще раз подтвердили свою гениальность
Исследование показало, что эти птицы отлично распознают… геометрические фигуры....

Ученые доказали: вода на Земле не из космоса, а своя собственная
Она зародилась «автоматически». И это в корне меняет теорию жизни во Вселенной....

Нюхали чужие футболки: женщины полагаются на запах при выборе друзей
Наука требует странных опытов....