Una rete proteica che si contrae con luce e calcio ^{CEFR B2}

Per creare attuatori utili a cellule sintetiche per il rilascio di farmaci, gli ingegneri cercano un modo per generare forza su comando. Molti organismi usano ATP per alimentare motori molecolari, ma alcuni ciliati adottano una strategia diversa: un impulso di calcio provoca una contrazione ultrarapida e l'ATP viene poi impiegato per pompare indietro il calcio e riattivare il sistema.

In uno studio guidato da Georgia Tech, il team ha adattato tale principio senza usare motori a ATP. I ricercatori hanno prodotto e purificato la proteina Tcb2, derivata da Tetrahymena thermophila; in provetta Tcb2 forma una rete fibrosa che si contrae quando viene esposta al calcio. Per rilasciare il calcio solo dove serve hanno utilizzato un chelante sensibile alla luce — una sorta di "gabbia" chimica che si apre con l'illuminazione. Proiettando motivi luminosi come stelle e cerchi, la rete si è assemblata e contratta seguendo quei disegni, e modulando la luce a impulsi il sistema ha eseguito cicli ripetuti di assemblaggio e contrazione (circa 150 cicli) con velocità di contrazione intorno a 0,4 micrometri al secondo.

I ricercatori hanno mostrato anche lo spostamento di particelle microscopiche, un passo verso attuatori controllabili per sistemi simili a cellule sintetiche. Hanno poi costruito un modello al computer e, usando simulazioni e apprendimento per rinforzo, hanno imparato a generare pattern luminosi che controllano la rete per spingere o tirare secondo l'intenzione. Saad Bhamla ha osservato che il meccanismo dei ciliati ricarica i depositi di calcio con ATP e rilascia il calcio su richiesta; la sua analogia è che il sistema è "più simile a una Prius che a un motore a benzina puro". Lo studio è stato finanziato in parte dalla National Science Foundation e la fonte comunicativa è Georgia Tech.