У молекулярных моторов на световом ходу уходит меньше минуты, чтобы продырявить клеточную мембрану и вывести клетку из строя.

В прошлом году Нобелевскую премию по химии вручали за молекулярные моторы – своеобразные молекулы, в которых одна часть движется относительно другой, и эти движения постоянно повторяются, как в настоящем моторе.

Из раковой клетки через дыры в мембране, проделанные «нанодрелью», выходит наружу цитоплазма с красителем – флуоресцентным зеленым белком. (Фото: Robert Pal / Durham University.)

Прилипнув к клетке (слева), молекулярный мотор ждет, когда его облучат ультрафиолетом, чтобы начать пробиваться в клетку сквозь мембрану (справа). (Иллюстрация: Robert Pal / Durham University.)

Молекула мотора состоит из крутящейся части – ротора, сидящей на статоре; к статору можно прикрепить какие-то химические группы (R), которые доставят всю молекулу строго по адресу. (Иллюстрация: Rice University.)

Подробно описывать мы их не будем (про молекулярные моторы  рассказывается в последнем номере «Науки и жизни» за прошлый год), скажем лишь, что у подобных молекул движущиеся друг относительно друга части соединены между собой механически, благодаря чему они и могут так двигаться; движущей же силой служат разнообразные внешние стимулы, например, изменение кислотности среды, или окислительно-восстановительного потенциала, или облучение светом.

Один из лауреатов, Бернард Лукас Феринга, как раз занимался моторами на световом ходу, кроме того, он и его сотрудники сумели сделать так, чтобы части молекулярного мотора крутились только в одну сторону.

Их молекула содержала две плоские химические структуры, похожие на две маленькие лопатки ротора. На каждую из двух «лопаток» навешивали дополнительную химическую группу. Когда молекулу облучали порцией ультрафиолета, роторная лопатка поворачивалась на 180 градусов, а дополнительная химическая группа не давала ей повернуться обратно – так удалось добиться вращения в одном направлении.

Поначалу, наверно, было не очень понятно, зачем нужны такие игрушки, но потом появился и компьютерный чип с молекулярным двигателем, и наномоторный аналог рибосомы – клеточной белоксинтезирующей машины, и еще всякое другое.

Исследователи из Университета Райса, Университета штата Северная Каролина и Даремского университета нашли еще один способ, как можно использовать молекулярные моторы – с их помощью можно сверлить дырки в раковых клетках.

Джеймс Тур (James M. Tour) и его коллеги ранее показали, что моторы Феринга, которые крутятся с частотой 2–3 млн цикла в секунду, в растворе двигаются гораздо энергичнее – с такой колоссальной частотой они легко преодолевают собственное броуновское движение и легко расталкивают другие молекулы, которые встречаются им на пути. И следующей мыслью было посадить такой мотор на клеточную мембрану и посмотреть, что получится.

Исследователи создали несколько моторов, к которым были прикреплены молекулы, склонные прилипать к клеткам. Поначалу их испытывали не на настоящих клетках, а на мембранных пузырьках везикулах. В целом молекулярно-моторные конструкции размером были всего около нанометра, билипидный же слой мембраны составляет в толщину 8–10 нанометров; тем не менее, моторы, приземлившись на мембрану, под действием ультрафиолета успешно просверливали себе сквозной ход и оказывались внутри пузырька.

Появление дыр можно было увидеть, например, по проникновению в мембранный пузырек красителя, который до поры до времени оставался снаружи, и лишь после работы молекулярных моторов обнаруживался вдруг внутри. В других экспериментах все происходило наоборот: пузырек заполняли красителем, и после того, как мотор дырявил мембрану, краситель выходил наружу.

Затем настал черед настоящих клеток. Для опытов взяли несколько клеточных линий, среди которых были и клетки рака предстательной железы. Пока моторные молекулы не освещали ультрафиолетом, они прилипали к клеточным мембранам и тихо на них сидели, но после дозы УФ-излучения они проникали внутрь клеток.

В статье в Nature говорится, что у «нанодрелей» уходило меньше минуты, чтобы просверлить мембрану, а сами клетки после этого гибли в течение нескольких минут. Если к клеткам прилипали не моторные молекулы, то ничего особенного не происходило, иными словами, то есть тут все дело было не ультрафиолете, а именно в том, что моторы нарушали целостность клеточной оболочки – клетка просто не может жить с порванной мембраной.

Известно, что к лекарствам раковые клетки постепенно становятся устойчивыми, но вот к такому воздействию никакой устойчивости появиться просто не может. В ближайшем будущем исследователи собираются испытать терапевтические возможности «нанодрелей» на лабораторных грызунах – нужно убедиться, что такие моторы можно направлять строго по адресу и что они не будут сверлить то, что не нужно.