Konsorcium 6 partnerů, universita
v Portsmouthu a Národní
fyzikální laboratoř v Británii,
ENS/CNRS ve Francii, Technická
universita v nizozemských Delfách,
universita v Parmě a Ústav
mikrobiologie naší Akademie věd,
vyvinulo za tři roky molekulární
spínač. Když se konsorcium vedené
dr. Keithem Firmanem ucházelo
o finanční podporu z fondů 6.
rámcového programu, bylo nutno
přesvědčovat mnohé odborníky, že
záměr je reálný. Projekt sám o sobě
byl totiž spíše koncepčně neobvyklý,
než technicky obtížný. Nanoaktuátor
je tak malý, že může ovládat
specifické zlomky DNA a umožnit
individuální charakteristiku DNA.
Záměrem projektu byl molekulární
"nanospínač". Za úspěch projektu
lze považovat i pouhou demonstraci
akceschopnosti, efektivity a
stability spínání. Nicméně,
nyní aktuátor
(jednoduše spínač)
funguje, je prokázána
jeho efektivnost při
skladbě DNA a jeho
komerční potenciál.
Experimentální část
projektu měla dvě
fáze. První bylo užití
biologického motoru
k vytvoření nanoaktuátoru,
jenž by vysílal
magnetický impulz, vyvolávající
slabý, ale detekovatelný elektrický
proud. Zadruhé měla fluorescentní
verze biologického motoru fluorescentně
označit DNA. To umožní
využít FRET (Fluorescent Resonant
Energy Transfer) k přesnému sledování
složení DNA a tudíž i přesnosti
spínače. Charakteristiku DNA určují
v podstatě čtyři proteiny označované
písmeny A, C, G a T, které se propojují
v různých kombinacích.
Jako molekulární motor použili
badatelé specifický typ enzymu, jenž
se váže jen k určitým sekvencím A,
C, G a T. Vazby jsou velmi specifické
a motor se spojí jen s příslušnými
bázemi. Tak lze velmi přesně kontrolovat,
kde se motor ve vertikálně
orientovaném řetězci DNA nachází.
Vertikální orientace se provádí
magnetickým polem, které dá konci
řetězce magnetický marker. Molekulární
motor se nachází vždy někde
pod tímto markerem a nepohybuje se.
Když se molekulární pohyb nastartuje
biologickým palivem ATP, započne
řetězení DNA, které skončí když
dosáhne magnetického markeru.
Jak toho využít? V principu tento
nanospínač umožňuje přeměnu
jedné energie v jinou k užitečným
účelům, a to řiditelným způsobem.
Když zmáčkneme tlačítko elektrického
spínače, rozsvítí se třeba žárovka.
Zmáčknutím tlačítka pumpičky
budeme nasávat inkoust do plnicího
pera. Ta tlačítka jsou aktuátory. Vyvinutý
molekulární spínač je obdobný
aktuátor, jenž lze využít v obrovském
množství aplikací. Je doslova
stavebním prvkem nanosvěta. Jak se
budou rozšiřovat aktivity výzkumníků
v nanotechnologiích, tak se budou
šířit možnosti využití nanospínače.
Lze jej využít jako spojovací prostředek
mezi světem biologie a křemíku.
Můžeme si jej představit jako rozhraní
mezi svaly a implantátem u člověka.
Ovšem k takovým aplikacím
vede dlouhá cesta, která potrvá 20
až 30 roků. Je však velmi vzrušující,
a nedávno byla podána patentová přihláška
základního konceptu.
Vedlejším produktem projektu jsou
nové možnosti ovlivňování charakteristik
DNA. Když je řetězec DNA
fluorescentně označen, pak můžeme
při známé rychlosti molekulárního
motoru, která je velmi spolehlivě stálá
při různých specifických teplotách,
lokalizovat pozici fluorové molekuly
v DNA, a to relativně k vazebnímu
místu motoru. Již nyní je dostatek
důkazů naznačujících, že by toho
mohlo být využito k vytváření mononukleoidů
(SNPs), které vyvolávají
genetické vady. Bude to samozřejmě
vyžadovat ještě mnoho úsilí, ale koncept
je spolehlivý. Dalším krokem
bude převedení této myšlenky do
obchodovatelného produktu. Konsorcium
se uchází o financování nového
projektu podle schématu NEST (nové
a vznikající technologie) v 7. RP
VTR Evropské unie. Pokud uspějí,
vyvinou obchodovatelný produkt pro
biocitlivost, prozradil dr. Firman.
