Выпускайте пар, как бактерии
Зачем изобретать велосипед во второй раз, когда настоящие мастера микромира, бактерии, впечатляюще демонстрируют, как это делается? Проще модифицировать один из их функциональных белков и использовать его в своих целях.
Микробиологов и их бактерии объединяет одно: они иногда испытывают стресс на работе. Однако, хотя биологи «только» озабочены исследовательскими фондами или конкурирующими учеными, в худшем случае микробы доберутся до них. Если по какой-либо причине концентрация растворенных веществ в окружающей их среде вдруг падает, может произойти осмотический шок с фатальными последствиями: в клетку поступает огромное количество воды, заставляя ее неудержимо набухать и в конце концов лопнуть. Внезапный конец бактериальной карьеры.
Чтобы не умирать осмотической смертью при каждом изменении окружающей среды, многие микробы разработали специальные клапаны сброса давления на случай чрезвычайных ситуаций. Эти белки регистрируют разницу давлений внутри и снаружи и в экстренной ситуации открывают свои поры. Затем вода вместе с содержащимися в ней ионами, питательными веществами и небольшими белками выбрасывается наружу - тяжелая потеря для клетки, но лучше, чем взрыв.
Учёные завидуют этим строго регулируемым клапанам. Не из страха внезапно раздуть себя слишком сильно, а потому, что они хотели бы использовать механизмы, подобные описанным клапанам, для своих идей точно управляемых микромашин. К сожалению, справиться с задачей в масштабе нескольких сотен нанометров оказалось чрезвычайно сложно. Он слишком мал для существ ростом в метр.
Если вожделенные клапаны невозможно воспроизвести, оригиналы можно просто модифицировать, такова была идея голландских исследователей во главе с Армаганом Кочером из Технологического фонда BiOMaDe. Так ученые выделили клапанный белок MscL (механочувствительный канал большой проводимости) из популярной бактерии Escherichia coli и снабдили его светочувствительными веществами на его регулирующем конце. Встроенная в маленькие мембранные шарики, так называемые липосомы, манипулируемая версия должна была показать, как она реагирует на давление и свет.
Давление оставило модифицированный клапан холодным. При воздействии ближнего ультрафиолета все было по-другому: в зависимости от прикрепленного красителя белок открывал поры быстро или медленно. Все произошло быстро, когда светочувствительная молекула распалась в ультрафиолетовом свете - после этого пора была и осталась необратимо открытой. Однако если к белку присоединяли краситель, который можно было обратимо переключать туда-сюда между двумя разными состояниями с помощью УФ и видимого света, переход занимал до двух минут - для этого клапан можно было не только открыть, но и снова закрыть..
Эксперименты до сих пор показывают, прежде всего, что природные белки в принципе могут быть модифицированы для решения новых задач. Однако для реального использования система далека от пригодности, поскольку липосомы все же немного протекают даже при закрытом клапане, а обратимое переключение с каждым циклом работает хуже. Однако при большом усердии в исследованиях и такой же удаче клапаны, полученные из бактерий, могли бы однажды управлять крошечными реакциями на микроуровне, или липосомы могли бы транспортировать активные вещества через тело и высвобождать их именно там, где внешний источник света открывает клапаны.. Тогда аварийные белки могут спасти жизнь не только бактериям, но и многоклеточным организмам, которые лишь «одолжили» аварийный молоток.