Forskare har lyckats imitera livets egen motor

Det är ett internationellt forskarlag under ledning av Lunds universitet och University of New South Wales som skapat en konstgjord proteinmotor som kan styras att riktas längs en DNA-bana – något som länge varit ett mål inom syntetisk biologi.

Naturens proteinmotorer utförde några av livets mest avancerade mekaniska uppgifter i kroppen. Att förstå och återskapa hur dessa biologiska motorer uppnår sin imponerande prestanda har därför länge stått högt på forskningsagendan.

Nu visar forskarnas resultat, som publicerats i  Nature Nanotechnology , att det är möjligt att bygga artificiella proteinmotorer med samma byggmaterial som de biologiska.

– Precis som ångmaskinen utgör grunden för dagens motorer, så kan detta genombrott bli startpunkten för att på djupet förstå biologins motorer, säger Heiner Linke, professor i nanofysik vid Lunds Tekniska Högskola och ansvarig för studier.

En molekylär promenad på DNA

Proteinmotorn, som fått namnet Tumbleweed, förflyttar sig genom att växla mellan tre ”fötter” som binder till specifika DNA-sekvenser. När forskarna gör förändringar i den omgivande kemiska miljön kan de styra både när motorn tar ett steg och i vilken riktning den rör sig.

– Med Tumbleweed ökar vi förståelsen av grundprinciperna för hur de biologiska proteinmotorerna fungerar och hur vi framöver ytterligare kan närma oss naturens egen prestanda, säger Heiner Linke.

Naturens proteinmotorer utförde några av livets mest avancerade mekaniska uppgifter. Heiner Linke förklarar att exempelvis motorproteinet myosin gör om kemisk energi till muskel och har en viktig roll inom celldelning, och motorproteinet kinesin transporterar signalämnen inom cellerna.

– Proteiner är betydande mer komplexa än andra molekylära byggstenar och erbjuder därför långt större möjligheter. Men på grund av sin komplexitet är de också en större utmaning att arbeta med, säger han.

Från att lära sig gå till att springa maratonlopp

Förmågan att designa helt nya proteiner har utvecklats mycket snabbt de senaste åren, men fokus har varit på enstaka, statiska strukturer. Med Tumbleweed visar forskarna att det går att skapa dynamiska, rörliga strukturer som kan styras utifrån.

Tumbleweed är ett startsteg för forskarna – nästa mål är att ta fram artificiella proteiner som inte behöver styras utifrån utan som kan ”gå själva” med hjälp av det kemiska bränslet.

Heiner Linke gör en jämförelse med när ett barn lär sig att gå: Just nu har vi en ettåring som kan ta några steg med hjälp av en stöttande hand. Nästa nivå är att kunna gå själv. Sedan kan vi börja tänka på friidrott, maratonlopp och OS.

Forskningsfältet belönades med nobelpris 2016 och 2024.

Forskningsstudien har publicerats i Nature Nanotechnology.

Artikel: Clocked stepping of an artificial protein walker along a DNA track

Källa: Lunds universitet.