Ученые создали конструктор ДНК

Называется система "Материальный интерфейс для структурной молекулярной биологии" (Tangible Interfaces for Structural Molecular Biology). Сначала с помощью трёхмерного принтера из полимера были напечатаны десятки пластмассовых моделей (поперечником примерно в 5-15 сантиметров) больших органических молекул, вирусов, ДНК, РНК, белков и так далее.

В этих моделях детально воспроизводились размеры и взаимное расположение атомов. Роль химических связей, влияющих на взаимодействие этих молекул с другими, выполняли крошечные магнитики, вплавленные в соответствующие места.

Так, ДНК составлена из ряда пластмассовых "оснований", прилипающих друг к другу. Форма выступов и впадин в "атомах" отвечает за правильное соединение нужных деталей. Чтобы пощупать работу молекулы и увидеть, как она подходит к другой молекуле, учёный берёт в руки модель и садится за компьютер.

Над столом укреплена камера, направленная вертикально вниз. Она снимает руки биолога и модель в них. Эта картинка и выводится на монитор перед глазами, но не совсем напрямую. Программа распознаёт движение в кадре и положение маркеров на поверхности молекулы. В соответствии с законами химии и физики, программа дорисовывает на экране различные электронные облака, ниточки водородных или углеродных связей и накладывает на объект другую научную информацию.

В результате сочетания тактильных ощущений от упругого пластика и изображения на экране у человека возникает иллюзия прямой манипуляцией молекулами. При этом он видит, когда атомы могут соединяться при сближении объектов, а когда — нет. Если сблизить "неправильные" стороны белков, их края окрашиваются красным.

Так что модели в руках биолога – не игрушки, а часть исследовательского инструмента. А их изображение на экране сопровождается мощными "биологическими" вычислениями, которые программа проделывает за кадром в режиме реального времени.

Авторы проекта уже показали, как в руках учёного длинная цепь аминокислоты сворачивается в компактный белок, как белки соединяются между собой. В одном из опытов Олсон кидает в стеклянную баночку десяток-другой одинаковых "белковых молекул", закрывает банку, энергично встряхивает её, и через некоторое время детали сами собираются в сферическую оболочку вируса размером примерно с грецкий орех.

Это, конечно, трюк, но именно в наглядности преимущество новой системы, с которой биологи надеются лучше разобраться в тонкостях взаимодействия биологических веществ. В некотором роде — это возврат к истокам. Когда-то только с помощью макетов биологи и могли моделировать молекулы. Вспомните хотя бы "наглядные пособия" из кабинета химии.

Однако создание таких моделей, особенно – больших молекул — было трудной задачей. Иногда требовались месяцы кропотливой работы, чтобы склеить тысячи частей из бальзы или пластмассы в модель. И когда макеты были закончены, многие из них оказывались настолько хрупкими, что должны были содержать массу проволочных подпорок, или их нужно было, не дыша, поместить в стеклянный кожух, чтобы не развалились.

Неудивительно, что с ростом мощи компьютеров моделирование биологических молекул полностью ушло в виртуальный мир. Но с этим, считает Олсон, было потеряно что-то важное. Что теперь и воссоздают в институте Скриппса.

Забавно, что встряхивание массы деталей в банке – не только способ показать правильность модели (как в случае с вирусом), но и способ проверить версию о самосборке сложных молекул. Встряхивание имитирует броуновское движение. Вот в одной большой пластиковой фляге у Олсона "живёт" огромное количество небольших молекул, снабжённых магнитами и выступами-впадинами, как в детском конструкторе.

Эту флягу учёный трясёт давно – часть деталей уже собралась в сложные структуры, а часть никак не хочет занимать своё место. "Это – молекула, которую мы всё ещё пробуем создать, – говорит Олсен, и развивает свою философию. — Чем проще будет возможность подержать биологическую молекулу в руках, тем легче будет выяснить то, что она делает в теле человека".

Источник: Membrana.ru, http://www.membrana.ru