TLDR: Nanorobot byl „upleten“ z jediného vlákna DNA, přičemž na konečcích jeho „prstů“ jsou struktury schopné zachytit konkrétní virové částice. Schopnost zatím prokázal na virech, které způsobují covid. Studie tuna.

Když máte rýmu/chřipku/covid/aids, nebyla by příjemná možnost chytit podlé virové částice do svých vlastní rukou a pěkně je proliskat? Se svými neobratnými pazourami máte smůlu – ale kdybyste měli pidi nanopazoury, jaké z DNA sestavili vědátoři z University of Illinois, měli byste šanci virům ukázat, zač je toho loket!

DNA jako stavebnice

Když se mluví o DNA, obvykle se jedním metaforickým dechem míní genetická informace, kterou DNA v našich/vašich buňkách obsahuje. V tomto kontextu je DNA něco jako kniha – kuchařka různých receptů na proteiny, z níž je pak vaří buňky. Jenže stejně jako knihu můžete použít třeba i jako zarážku na dveře nebo podklad pod křivý stůl, také molekuly DNA mohou mít podstatně jednodušší využití.

Jedno takové předvedli právě vědátoři z Illinois, když z molekul DNA vytvořili primitivní „nanochyták”, který již prokázal schopnost drapnout za límec virové částice SARS-CoV 2! Drobná „ruka“ se čtyřmi prsty je složená z jediného kusu DNA – viry dokáže zachytit pro vysoce citlivou rychlou detekci nebo jim dokonce jako vyhazovač zakázat vstup do samotných buněk.

Vědátoři se inspirovali úchopovou silou lidské ruky a ptačích drápů a navrhli NanoGripper se čtyřmi ohebnými prsty a dlaní. Každý prst má tři klouby jako lidský prst a úhel a stupeň ohybu jsou určeny konstrukcí na lešení DNA. To není první analogické využití DNA pro něco méně vznešeného, než je kuchařka proteinů – ale je to asi první využití, které je takto snadno uchopitelné (pun intended)!

Co to umí?

Nanorobotická ruka, nazvaná poněkud neimaginativně NanoGripper, by mohla být také naprogramována k interakci s jinými viry nebo k rozpoznávání povrchových buněčných markerů pro cílené podávání léků, například pro léčbu (to museli lidi z PR univerzity zmínit) rakoviny.

V podstatě se jedná o dosud nejmenší aplikaci nápadů měkké robotiky, která se snaží, inu, namísto ocelových Terminátorů vytvořit roboty měkké (a možná i hebké) jako dětská prdelka. Protože ačkoliv jsou plecháči samozřejmě sexy, pro uchopení něčeho jemnějšího než lokomotivy jsou poněkud nepraktičtí. A platí to zřejmě i v mikro/nano světě.

Proč sáhli autoři po DNA, když nevyužívají její „datové” schopnosti? DNA má výhodu v tom, že pevná, pružná a programovatelná. Jde navíc o molekulu, kterou máme velmi dobře prozkoumanou jak co do vlastností, tak i možností si s ní hrát. Přesto i v oblasti DNA origami jde o novinku, pokud jde o princip konstrukce.

Nanopaže, jakou svět neviděl

Nanochapadlo vzniklo z jednoho dlouhého vlákna DNA vláčeného tam a zpět, které obsáhlo všechny statické i pohyblivé části. „Prsty” pak obsahují oblasti zvané DNA aptamery, které jsou speciálně naprogramovány tak, aby se vázaly na molekulární cíle – jako třeba povrchové proteiny viru způsobujícího covid. Chapadlo se tak ideálně aktivuje jenom v blízkosti tohoto viru, a nikoliv jiných proteinů.

První možná aplikace je přitom již nadosah. Zatímco využití nanopaže pro léčbu chorob bych ještě nějakou tu dekádu neočekával (klinické testy jsou bitch), NanoGripper už posloužil pro rychlý, 30minutový test covidu, který se svou citlivostí vyrovná přesným qPCR testům trvajícím déle. Když je virus držen v ruce NanoGripperu, fluorescenční molekula se při osvětlení diodou LED nebo laserem spustí a uvolní světlo indikující přítomnost viru. Výměnou aptamerů by takto mohlo být možné vytvořit baterii testů na různé jiné patogeny.

Terapeutické aplikace ale chceme tak nějak asi všichni víc než možnost během nemoci svítícím testem zjistit, že jsme nemocní. Když byly NanoGrippery přidány do buněčných kultur, které byly následně vystaveny působení viru SARS-Cov 2, několik gripperů se ovinulo kolem vnější strany virů. Tím zablokovaly interakci proteinů virového hrotu s receptory na povrchu buněk a zabránily tak infekci!

Jak jsem zmínil, je to zatím příliš málo na to, abych doporučoval napíchat nanopaže do těla – problém při klinických testech typicky není, že něco nemůže zabíjet virus/bakterie/nádorové buňky (tu umí i napalm), ale zajistit, aby to něco nezabíjelo častěji buňky zdravé. A v lidském těle je toho dost, na co se to něco může často omylem zaměřit. Přesto jde o sympatický vynález, u něhož budu jen doufat v další vývoj – a třeba se jednou díky němu dočkáme i toho, že budeme mít patogeny doslova v paži!

[Ladislav Loukota]

Vědátor vznikl v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – jeho kontaktní mail je [email protected]