Onderzoekers publiceerden in Nature Communications een studie waarin ze de calciumpulse-strategie van ciliaten toepasten op kunstmatige eiwitnetwerken. Het team, geleid vanuit een bio-geïnspireerd engineeringlab, produceerde en zuiverde Tetrahymena thermophila calcium-bindend eiwit 2 (Tcb2). In vitro vormt Tcb2 een vezelig netwerk dat samentrekt wanneer calcium vrijkomt.
Om de plaats en het tijdstip van calciumvrijgave te regelen, gebruikte het team een lichtgevoelige calciumchelator, een zogenoemd 'cage'-molecuul dat calcium vasthoudt totdat het door licht wordt geknipt. Door specifieke lichtpatronen te projecteren — bijvoorbeeld sterren en cirkels — bouwde het netwerk zich op en trok het samen in overeenkomstige vormen. Met gepulseerde belichting kon het systeem herhaaldelijk samentrekken, gedurende ongeveer 150 cycli, met samentreksnelheden van ongeveer 0.4 micrometer per seconde. De onderzoekers toonden ook aan dat het netwerk microscopische deeltjes kan verplaatsen, wat een belangrijke stap is richting bestuurbare actuatie voor synthetische-celachtige transportsystemen.
Het team bouwde een computermodel en gebruikte simulaties en reinforcement learning om lichtpatronen te leren die het netwerk laten duwen of trekken. De onderzoekers benadrukten dat het ciliate-ontwerp ATP gebruikt om calciumvoorraden op te laden en die later vrij te geven, en noemden een controleerbare krachtsgenerator een ontbrekend onderdeel voor veel synthetische-celconcepten. De studie werd deels gefinancierd door de National Science Foundation; meningen en conclusies zijn die van de auteurs.
Moeilijke woorden
- eiwitnetwerk — verbonden eiwitten die samen een structuur vormeneiwitnetwerken
- samentrekken — korter worden of inkrimpen door bewegingsamentrekt
- calciumchelator — molecuul dat calciumionen tijdelijk bindt
- lichtgevoelig — dat reageert op licht en daardoor bestuurbaar islichtgevoelige
- belichting — richting en hoeveelheid licht op een plaats
- actuatie — kracht of beweging veroorzaken in een systeem
- simulatie — computerberekening die gedrag van een systeem nabootstsimulaties
- ATP — molecuul dat cellen van energie voorziet
Tip: beweeg de muisaanwijzer over gemarkeerde woorden in het artikel, of tik erop om snelle definities te zien terwijl je leest of luistert.
Discussievragen
- Welke mogelijke toepassingen zie je voor kunstmatige eiwitnetwerken die door licht bestuurd kunnen worden?
- Welke technische of praktische uitdagingen verwacht je bij het bouwen van synthetische-celachtige transportsystemen op grotere schaal?
- Hoe belangrijk vind je het dat onderzoekers controleerbare krachtsgeneratoren ontwikkelen voor synthetische cellen, en waarom?
Gerelateerde artikelen
Nanotechnologie-sensoren voor vroege diagnose van TB en kanker
Tijdens de 75e Lindau-bijeenkomst presenteerde Jaymi Leigh January haar onderzoek naar nanotechnologie-gestuurde biosensoren. Ze gebruikt nanolichaampjes en elektrochemie om biomarkers voor tuberculose, kanker en long COVID vroeg te detecteren.
Minder luchtvervuiling in Oost‑Azië versnelt opwarming sinds 2010
Onderzoekers zeggen dat een sterke daling van aerosolen in Oost‑Azië, vooral in China, waarschijnlijk heeft bijgedragen aan een versnelde opwarming van het aardoppervlak sinds circa 2010. Dat heeft al zichtbare regionale gevolgen.
Fatsoenlijke internetverbinding onbereikbaar voor veel mensen
Een nieuw rapport waarschuwt dat fatsoenlijke internetverbinding buiten bereik is voor 90 per cent van de mensen in lage- en middeninkomenslanden. Het rapport noemt 4G, smartphonebezit en dagelijks gebruik als voorwaarden voor echte toegang.
MRI en AI meten vloeistofstromen in de hersenen
Onderzoekers combineren MRI en fysica-geïnformeerde kunstmatige intelligentie om de stroming van waterachtige vloeistof in de hersenen te meten. Ze vinden twee routes die stofwisselingsafval, onder meer amyloïde-bèta, kunnen vervoeren.
Voorspelling: Atlantisch orkaanseizoen dichtbij gemiddelden
Onderzoekers van NC State verwachten dat het komende Atlantische orkaanseizoen dicht bij de recente gemiddelden zal liggen. Het seizoen loopt van 1 juni tot 30 november en de voorspelling geeft een schatting van het aantal stormen, orkanen en zware orkanen.