Ученые создали ДНК-нанороботов, которые могут экспоненциально самовоспроизводиться
Крошечные машины, состоящие из нитей ДНК, могут создавать копии самих себя, что приводит к экспоненциальной репликации.
Исследователи продемонстрировали программируемого наноробота, состоящего из нескольких нитей ДНК, который способен захватывать другие фрагменты ДНК и соединять их вместе для производства новых наномашин с помощью УФ-излучения, включая свои копии.
Нанороботы созданы с использованием четырех нитей ДНК и имеют размер всего 100 нанометров в поперечнике, поэтому около тысячи из них могут выстроиться в линию шириной с человеческий волос.
Исследователи из Нью-Йоркского университета, Института биомеханической инженерии Нинбо Цыси и Китайской академии наук говорят, что нанороботы превосходят предыдущие разработки, которые были способны собирать детали только в двумерные формы.
Новые боты способны использовать «точное многоосевое складывание и позиционирование», чтобы «получить доступ к третьему измерению и большему количеству степеней свободы».
Такие нанороботы часто рассматриваются как потенциальные способы производства лекарств, ферментов и других химических веществ, внутри клеток организма. Но исследователи особо отмечают тот факт, что эти машины могут «самовоспроизводить всю свою трехмерную структуру и функции».
Нанороботы содержатся в растворе с исходным материалом в виде нитей ДНК, из которого они по одной создают свои копии, используя свою собственную структуру в качестве каркаса.
Они не полностью автономны; роботы, хотя и «программируемые», действуют в ответ на контролируемую извне температуру и ультрафиолетовый свет, и им требуется, чтобы ультрафиолетовый свет «сваривал» кусочки ДНК, которые они собирают вместе.
Сами кусочки ДНК — это, по сути, форма или каркас, на котором можно построить другую наноструктуру — в данном случае точную копию оригинала. Но эта структура также может быть предназначена для создания лекарств или других химических веществ.
«Это будет способ добавления фермента или белка в клетку без необходимости использования ДНК в клетке», — говорят ученые. «Есть люди, у которых присутствуют генетические дефекты, из-за которых они не могут вырабатывать фермент, поэтому это может быть терапия, которая создаст для них фермент в тканях. Если у вас много людей с диабетом 2 типа и проблемами с секрецией инсулина, возможно, вы сможете получить один из этих каркасов ДНК для производства инсулина».
При этом самовоспроизведение имеет ограничения. В качестве сырья для работы процесса требуются определенные цепи ДНК, а также определенные органические молекулы, золотые наностержни и точные циклы нагрева, охлаждения и воздействия ультрафиолетового света. Ультрафиолетовый свет навсегда сваривает новых нанороботов вместе, а нагрев имеет тенденцию разделять новую структуру и родительскую структуру, чтобы каждая из них могла начать создавать еще одну копию.
Из-за этого реакция не будет работать за пределами тщательно контролируемых лабораторных условий, что исключает апокалиптические сценарии, когда процесс выходит из-под контроля и уничтожает всю доступную ДНК, создавая с ее помощью свои версии.
Идея о том, что самовоспроизводящиеся машины выходят из-под контроля и превращают всю материю, включая нас, в копии самих себя с экспоненциальной скоростью – известная как сценарий серой слизи – с тех пор, как этот сценарий был описан почти 40 лет назад в книге ученого и инженера Эрика Дрекслера «Машины создания».