РНК-наномотор открывает тайны вирусов

Ранее ученые под руководством проф. молекулярной вирологии Пэйсюаня Го (Peixuan Guo) из университета Пердью построили из молекул РНК несколько различных «матриц» размерами от сотен нанометров до нескольких микрон. Структуру матриц можно задавать заранее, что существенно упрощает конструирование будущих наномашин. Самосборка шла в нанометровом масштабе, но конечные «продукты» в ряде опытов достигали и микронных размеров.

«Наша работа показала, что мы можем управлять структурой трехмерных матриц, полученных с помощью самосборки молекул РНК. Кроме того, теперь мы можем делать матрицы различных размеров, — говорит проф. Го. — В дальнейшем, после проведения дополнительных исследований, с помощью молекул РНК можно будет конструировать сложные наномашины».

Все живые организмы построены из трех основных строительных блоков: молекул ДНК, РНК и белков. Молекула РНК наименее изучена по сравнению с другими строительными блоками. «РНК сочетает преимущества как молекул ДНК, так и белков, — комментирует проф. Го. — Молекулы РНК могут формировать разнообразные структуры, формой которых можно управлять».

Группа проф. Го открыла механизм действия наномотора вирусов. Оказалось, что в основе «работоспособности» этого бионаноактюатора лежит та же молекула РНК. Для наглядности работа молекул РНК была представлена в виде соединяющихся друг с другом фигурок.

Оказалось, что вирус-бактериофаг phi29 использует гексамер молекул РНК для своего вирального мотора. При этом сам процесс работы мотора похож на работу двигателя внутреннего сгорания автомобиля. Роль камеры сгорания играет портал — образование внутри капсида вируса, занятое молекулами РНК и ротором. Мономеры молекулы РНК, подобно поршням, поочередно толкают центральный 5-сторонний ротор, заставляя его вращаться. В центре ротора находилась молекула ДНК.

Открытие димеров и тримеров уже было описано проф. Го в предыдущих работах. Но воспроизвести самосборку матриц из димеров и тримеров ученые смогли только сейчас. Теперь они научились программировать РНК-молекулы таким образом, что они могут соединяться друг с другом в различных комбинациях, формируя сложные наномашины.

Исследователям удалось собрать из молекул РНК «кольца», «треугольники» и «стержни». По мнению ученых, эти структуры можно интегрировать с нанотранзисторами, нанопроводниками, нанотрубками, биосенсорами и другими уже существующими наноструктурами, чтобы получить сложные НЭМС-системы — возможно, даже нанороботов. Кроме того, самосборка молекул РНК позволит значительно уменьшить стоимость будущих РНК-НЭМС.

Молекулы РНК также отличаются высокой биологической совместимостью с человеческим организмом, поэтому наномашины, изготовленные из НЭМС-РНК, будут пригодны для наномедицинского использования. Также необходимо отметить, что изучение работы вирального мотора может помочь в борьбе с такими заболеваниями, как СПИД, гепатит B и рак.