Ключ к жизни в руках ученых: как молекулярные языки используются в создании новых технологий

Канадские ученые из Университета Монреаля успешно воссоздали и математически подтвердили два молекулярных языка, лежащих в основе жизни. Эти переворотные открытия, опубликованные в журнале American Chemical Society, открывают путь к прогрессу в нанотехнологиях и могут найти применение в областях, таких как биодатчики, доставка лекарств и молекулярная визуализация.

"Ключ к зарождению жизни заключается в разработке молекулярных языков, которые обеспечивают взаимодействие молекул в живых организмах для выполнения определенных задач", - сказал руководитель исследования, профессор биоинженерии UdeM Алексис Валле-Белиз.

Одним из хорошо известных молекулярных языков является аллостерия. Механизм этого языка — «замок и ключ»: молекула связывает и модифицирует структуру другой молекулы, направляя ее на запуск или торможение активности.

Другой, менее известный молекулярный язык — поливалентность, также известный как хелатный эффект. Он работает как головоломка: когда одна молекула связывается с другой, она облегчает (или нет) связывание третьей молекулы, просто увеличивая поверхность ее связывания.

Хотя эти два языка наблюдаются во всех молекулярных системах всех живых организмов, только недавно ученые начали понимать их правила и принципы и поэтому используют эти языки для разработки и программирования новых искусственных нанотехнологий.

Для исследования обоих языков аспирант Доминик Лозон создал молекулярную систему на основе ДНК, которая могла бы функционировать на обоих языках. "ДНК - это как конструктор Lego для наноинженеров", - сказал Лозон.

Исследователи обнаружили, что простые математические уравнения могут описать оба языка, что раскрывает параметры и правила для программирования коммуникации молекул в наносистеме.

С этим новым пониманием ученые использовали язык многозначности для создания программируемого датчика антител, позволяющего определять антитела в разных концентрациях. "Как показала недавняя пандемия, наша способность точно определять концентрацию антител в населении - мощный инструмент для определения индивидуального и коллективного иммунитета", - заявил Валле-Белиз.

Эти научные открытия также могут пояснить, почему некоторые природные наносистемы могли выбрать один язык над другим для передачи химической информации, расширяя тем самым инструментарий для создания следующего поколения нанотехнологий.