ASCOLTA I NOSTRI PODCAST SU SPOTIFY
Funziona in modo pulsante, come una pinza che si stringe e si allarga. Il suo carburante? La “zuppa” di molecole che costituiscono le basi del DNA.
Un team internazionale di scienziati guidato dall’Università di Bonn ha sviluppato un nuovo tipo di nanomotore, azionato da un meccanismo intelligente e può eseguire movimenti pulsanti.
I ricercatori stanno ora progettando di dotarlo di un giunto e di installarlo come azionamento in macchine complesse. I loro risultati sono apparsi sulla rivista Nature Nanotechnology.
Questo nuovo tipo di motore consiste di due maniglie collegate da una molla in una struttura a forma di V, simile a una pinza con l’impugnatura che rafforza la presa, ma un milione di volte più piccolo.
In una pinza con impugnatura, si stringono le maniglie insieme contro la resistenza della molla. Una volta rilasciata la presa, la molla spinge le maniglie nella loro posizione originale.
“Il nostro motore utilizza un principio molto simile”, spiega il Prof. Dr. Michael Famulok dell’Istituto di Scienze della Vita e della Medicina (LIMES) dell’Università di Bonn. “Ma le maniglie non sono premute insieme, ma piuttosto tirate insieme”.
A questo scopo, i ricercatori hanno riproposto un meccanismo senza il quale non ci sarebbero piante o animali. Ogni cella è dotata di una sorta di libreria. Contiene i progetti per tutti i tipi di proteine di cui la cellula ha bisogno per svolgere la sua funzione. Se la cellula vuole produrre un certo tipo di proteina, ordina una copia del rispettivo progetto. Questo trascritto è prodotto dalle RNA polimerasi.
Le RNA polimerasi guidano i movimenti pulsanti Il progetto originale è costituito da lunghi filamenti di DNA. Le RNA polimerasi si muovono lungo questi filamenti e copiano le informazioni memorizzate lettera per lettera.
“Abbiamo preso una RNA polimerasi e l’abbiamo attaccata a una delle maniglie della nostra nanomacchina”, spiega Famulok, che è anche membro delle aree di ricerca transdisciplinari “Life & Health” e “Matter” presso l’Università di Bonn.
“Nelle immediate vicinanze, abbiamo anche teso un filamento di DNA tra le due maniglie. La polimerasi si aggrappa a questo filamento per copiarlo. Si trascina lungo il cavalletto e la sezione non trascritta diventa sempre più piccola. In questo modo si tira la seconda maniglia un po’ alla volta verso la prima, comprimendo allo stesso tempo la molla”.
Il filamento di DNA tra i manici contiene una particolare sequenza di lettere poco prima della sua fine. Questa cosiddetta sequenza di terminazione segnala alla polimerasi che dovrebbe lasciare andare il DNA.
La molla ora può rilassarsi di nuovo e allontana le maniglie. Questo porta la sequenza iniziale del filamento vicino alla polimerasi e il copiatore molecolare può iniziare un nuovo processo di trascrizione: il ciclo si ripete così.
«In questo modo, il nostro nanomotore svolge un’azione pulsante», spiega Mathias Centola del gruppo di ricerca guidato dal prof. Famulok, che ha condotto gran parte degli esperimenti. Una zuppa di lettere dell’alfabeto (le iniziali delle molecole costituenti il DNA) serve come carburante
Anche questo motore ha bisogno di energia, proprio come qualsiasi altro tipo di motore. È fornito dalla “zuppa alfabetica” da cui la polimerasi produce i trascritti.
Ognuna di queste lettere (in termini tecnici: nucleotidi) ha una piccola coda composta da tre gruppi fosfato: un trifosfato. Per allegare una nuova lettera a una frase esistente, la polimerasi deve rimuovere due di questi gruppi fosfato. Questo rilascia energia che può essere utilizzata per collegare le lettere tra loro.
“Il nostro motore utilizza quindi i nucleotidi trifosfati come combustibile”, afferma Famulok. “Può continuare a funzionare solo quando ne è disponibile un numero sufficiente”.
Monitorando i singoli nanomotori, uno dei partner di cooperazione con sede nello stato americano del Michigan è stato in grado di dimostrare che eseguono effettivamente il movimento previsto. Anche un gruppo di ricerca in Arizona ha simulato il processo su computer ad alta velocità.
I risultati potrebbero essere utilizzati, ad esempio, per ottimizzare il motore in modo che funzioni a una particolare frequenza di pulsazione.
Inoltre, i ricercatori sono stati in grado di dimostrare che il motore può essere facilmente combinato con altre strutture.
Questo dovrebbe permettergli, ad esempio, di muoversi su una superficie, in modo simile a un verme che si trascina lungo un ramo nel suo stile caratteristico.
“Stiamo anche progettando di produrre un tipo di frizione che ci consentirà di utilizzare la potenza del motore solo in determinati momenti e di lasciarlo al minimo”, spiega Famulok.
A lungo termine, il motore potrebbe diventare il cuore di una nanomacchina complessa. “Tuttavia, c’è ancora molto lavoro da fare prima di raggiungere questa fase”.
Immagine: Mathias Centola/University of Bonn
