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
Циклон Дитвах и разрушения в Шри-Ланке
Циклон Дитвах обрушился на Шри‑Ланку и вызвал крупные разрушения: сотни погибших, тысячи оползней и большие наводнения. Эксперты говорят, что предупреждения и правила землепользования не соблюдали и призывают к восстановлению на научной основе.
Анализ крови на основе ИИ помогает отличать деменцию
Учёные разработали анализ крови, основанный на искусственном интеллекте, который может отличать распространённые причины деменции от нормального старения. Тест показал высокую точность, но для клинического применения нужны дополнительные исследования.