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
Новый метод превращает осадок в возобновляемый природный газ
Пилотное исследование показало, что предподготовка осадка перед анаэробной дигестией даёт больше возобновляемого природного газа и снижает затраты на утилизацию. После обработки учёные использовали бактерию для получения почти чистого метана.
Тёплая погода делает коричневых анолов более агрессивными
Исследование показало, что при повышении температуры инвазивные коричневые анолы становятся относительно более агрессивными по отношению к местным зелёным анолам. Работа проведена в лаборатории Gunderson Lab при Tulane University и опубликована в Journal of Thermal Biology.
