В статье в Nature Communications исследователи из лаборатории Саада Бхамлы в Georgia Tech адаптировали биологический принцип цилят: краткий всплеск кальция вызывает сверхбыстрое сокращение, а затем ATP используется для перекачки кальция обратно в депо. В работе этот принцип применён к искусственным белковым сетям без ATP‑приводных моторных белков.
Команда произвела и очистила кальций‑связывающий белок Tetrahymena thermophila 2 (Tcb2). В лабораторных условиях Tcb2 формирует волокнистую сеть, которая сокращается при воздействии ионов кальция. Для точного управления временем и местом высвобождения ионов использовали светочувствительный хелатор — «клетку», удерживающую кальций до облучения светом.
Учёные проецировали световые узоры (например, звёзды и круги), и сеть собиралась и сокращалась в соответствующих формах. При пульсирующем облучении сеть могла многократно сокращаться в многочисленных циклах и перемещать микроскопические частицы — важный шаг к управляемому приводу для систем доставки, имитирующих клетки.
Для управления команда создала компьютерную модель и с помощью симуляций и обучения с подкреплением научилась генерировать световые паттерны, которые заставляли сеть толкать или тянуть по желанию. Саад Бхамла отметил, что этот светоуправляемый кальциевый «двигатель» даёт один из путей к созданию управляемого генератора силы для синтетических клеток. Исследование частично финансировалось Национальным научным фондом. Источник: Georgia Tech.
Сложные слова
- хелатор — вещество, которое связывает ионы и удерживает их
- пульсирующий — с повторяющимися короткими колебаниями или импульсамипульсирующем
- проецировать — отображать световой рисунок на поверхностипроецировали
- депо — место хранения веществ, например ионов в клетке
- обучение с подкреплением — метод машинного обучения через награды и наказанияобучения с подкреплением
- симуляция — компьютерная модель или воспроизведение процессасимуляций
Подсказка: наведите, сфокусируйтесь или нажмите на выделенные слова, чтобы увидеть краткие определения прямо во время чтения или прослушивания.
Вопросы для обсуждения
- Какие практические применения может иметь светоуправляемый кальциевый «двигатель» в медицине или технике?
- Какие сложности могут возникнуть при масштабировании таких белковых сетей для реальных устройств?
- Насколько важна роль компьютерных моделей и обучения с подкреплением для управления подобных биоинспирированных систем?
Похожие статьи
Как клетки и молекулы формируют мозговые сети
Учёные объединили данные сканов, генетики и молекулярной визуализации, чтобы связать микроскопические признаки мозга с крупномасштабными сетями, наблюдаемыми при fMRI. Работа опубликована в Nature Communications и связана с депрессией, шизофренией и болезнью Альцгеймера.
