Uvidíme v blízké budoucnosti roje mikrorobotů podávat léky nebo sbírat kontaminanty?

Kombinací několika různých typů molekul vznikli molekulární roboti, které v hejnu přemístí náklad. Základem je bílkovinný mikrotubulus napojený na molekulu deoxyribonukleové kyseliny. Bílkovinný mikrotubulus nazýváme vlákna uvnitř buňky tvořené bílkovinou tubulinem. Slouží jako jakési kolejnice k transportu různých struktur a sloučenin uvnitř buněk. To zajišťuje bílkovina kinezin, která zvládá pohyb po mikrotubulu. Základem molekulárního robota není mikrotubulus s kinezinem napojený na buněčné struktury, ale volný v roztoku. Pohyb kinezinu po mikrotubulu pak funguje jako jakási ploutev, která žene mikrotubulus jedním směrem. Pohyb máme vyřešen, teď ještě uchopení nákladu. Molekulární roboti táhnou náklad v podobě miniaturních polystyrénových kuliček o průměru tři až třicet mikrometrů.

Jak se připojení nákladu realizuje?

Na povrch polystyrenu vědci navázali řetězce deoxyribonukleové kyseliny DNA prostřednictvím molekuly zvané azobenzen. Ta má zajímavou vlastnost, že při ozáření světlem vhodné vlnové délky mění výrazně tvar a může tak konat mechanickou práci. Jak vidíme na obrázku nahoře, ultrafialovým zářením o vlnové délce 300 – 400 nanometrů můžeme překlopit trans izomer na cis a modrým světlem nebo ohřátím spustíme opačný proces. U cis-azobenzenu na něj navázané vlákno DNA je v poloze, která neumožňuje vazba na obdobné vlákno na molekulárním robotu. Vazba se rozpadne a robot náklad složí. Chceme-li náklad připojit, musíme bliknout modře. Azobenzen přejde do trans podoby a DNA na něm a na mikrorobotu se mohou spojit. Na normálním světle molekulární roboti táhnou náklad. Po osvícení světlem ultrafialovým ho pustí.

Molekulární roboti táhnou náklad, a co dál?

Jeden ze dvou šéfů výzkumného týmu, Doc. Akira Kakugo z Hokkaidské univerzity v japonském Sapporu hovoří o budoucnosti: „Očekáváme, že v blízké budoucnosti uvidíme roje mikrorobotů používaných při dodávání léků, sběru kontaminantů, v zařízeních na získávání energie z molekul a mikrodetekčních zařízeních.“ Nelze opominout, že zatím jde spíše o zajímavou chemickou hříčku, než o využitelného robota. Část nutných molekul je dokonce na modelu nákladu, což by v praxi nejspíš vadilo. Další výzkum může vše rychle změnit.

M. Akter et al., Cooperative cargo transportation by a swarm of molecular machines, Science Robotics, 2022, Vol 7, Issue 65, DOI: 10.1126/scirobotics.abm0677