Міжнародна група дослідників створила незвичайний матеріал, який здатний самостійно виробляти молекулярні «двигуни», змінювати форму та керувати власним рухом за інструкціями, записаними в ДНК. Для цього не потрібні живі клітини або постійне зовнішнє керування. Експеримент провели науковці ізраїльського Інституту Вейцмана спільно з колегами з Університету Міннесоти у США. Результати опублікували 8 жовтня 2026 року в журналі Nature Materials.
- Науковці створили матеріал, який сам виробляє білкові «двигуни» та змінює форму за програмою ДНК.
- Матеріал може рухатися без живих клітин і постійного зовнішнього керування.
- Змінюючи генетичну програму, дослідники навчили його прискорюватися, сповільнюватися, зупинятися та відновлювати рух.
- У дослідах рух починався приблизно через 1–4 години, залежно від кількості ДНК.
- Відкриття може допомогти у створенні програмованих матеріалів і м’яких роботизованих систем.
Як працює матеріал, що сам виробляє двигуни
Основою розробки стали мікротрубочки — надзвичайно тонкі білкові структури, які формують внутрішній каркас живих клітин. У природі вони допомагають підтримувати форму клітин і забезпечують переміщення різних компонентів усередині них.
Дослідники зібрали ці білкові нитки в щільний шар і додали ДНК разом із речовинами та клітинними компонентами, необхідними для виробництва білків.
Головним елементом системи став кінезин — молекулярний двигун, який здатний переміщуватися вздовж мікротрубочок, використовуючи хімічну енергію.
Замість того щоб додавати готові двигуни, науковці запрограмували матеріал виробляти їх безпосередньо всередині своєї структури.
Коли кількість кінезину збільшувалася, його молекули починали взаємодіяти з білковими нитками та змушували їх ковзати одна відносно одної.
У результаті спочатку нерухомий шар деформувався, утворював складки й підняті ділянки, а згодом розпадався на пучки, які починали рухатися.
Матеріал починав рух через одну-чотири години
Під час експериментів дослідники змінювали концентрацію ДНК, що містила інструкції для виробництва кінезину. Виявилося, що кількість генетичного матеріалу безпосередньо впливає на час початку руху.
За найнижчої дослідженої концентрації ДНК помітна активність розпочиналася приблизно через чотири години. За найвищої — вже через одну годину.
Водночас збільшення концентрації ДНК не призводило до нескінченного прискорення матеріалу. Після певного порогу додаткові молекулярні двигуни переважно скорочували час до початку руху, а не збільшували його кінцеву швидкість.
Під час одного з експериментів синтез нових білків майже припинився приблизно через шість годин через виснаження необхідних ресурсів. Однак рух матеріалу тривав понад десять годин завдяки відновленню запасів хімічного палива, яке використовували вже створені двигуни.
Науковці навчили матеріал зупинятися та знову рухатися
Наступним завданням стало керування поведінкою матеріалу без безпосереднього втручання в кожен етап його роботи.
Для цього вчені додали до системи генетичні інструкції для виробництва білка PRC1. Він з’єднує мікротрубочки між собою та протидіє їхньому ковзанню.
Коли концентрація цього білка збільшувалася, рух поступово слабшав або повністю припинявся.
Дослідники також створили генетичний механізм зворотного зв’язку. Він регулював виробництво молекулярних двигунів за допомогою іншого білка, здатного пригнічувати їхній синтез.
Завдяки цьому вдалося отримати кілька режимів роботи:
- Безперервний рух — білкові структури залишалися активними протягом тривалого часу.
- Короткочасний рух — матеріал активувався, а потім зупинявся.
- Повне припинення руху — додаткові білкові зв’язки блокували переміщення ниток.
- Коливальний режим — швидкість руху періодично зростала та зменшувалася.
Таким чином, поведінка матеріалу визначалася не лише його початковою структурою, а й генетичною програмою, яка продовжувала працювати всередині системи.
ДНК керує часом руху, а форма поверхні — його напрямком
Окремо науковці перевірили, чи можна впливати на напрямок деформацій.
Для цього вони використовували вузькі канали та спеціально сформовані мікроскопічні виступи на поверхні.
Такі перешкоди змінювали спосіб згинання білкового шару та спрямовували утворення піднятих структур.
В окремих експериментах ці структури витягувалися на кілька міліметрів.
Результати показали, що генетичні інструкції можуть визначати, коли матеріал почне рухатися та як змінюватиметься його активність, тоді як геометрія навколишнього середовища впливає на просторову форму деформацій.
Де можуть використовувати матеріал із молекулярними двигунами
Автори дослідження розглядають свою розробку як основу для нового класу програмованих матеріалів, механічні властивості яких визначатимуться біохімічними процесами.
У перспективі подібні технології можуть допомогти створювати м’які роботизовані системи, здатні змінювати форму та виконувати запрограмовані послідовності рухів.
Інший можливий напрямок — штучні клітиноподібні структури, які відтворюватимуть окремі механічні функції живих клітин без використання повноцінних живих організмів.
Однак ці застосування залишаються перспективами подальших досліджень. Науковці поки не продемонстрували готового робота або практичного пристрою на основі нового матеріалу.
Чи можна назвати новий матеріал живим
Попри здатність виробляти власні двигуни та змінювати поведінку, розробка не є живим організмом.
Вона не має повноцінного клітинного метаболізму, не розмножується та не забезпечує себе необхідними ресурсами самостійно.
Для роботи їй потрібні заздалегідь підготовлені білкові структури, генетичні інструкції та хімічні компоненти, які забезпечують синтез білків і вироблення механічної енергії.
Головне досягнення дослідження полягає в іншому: вченим вдалося безпосередньо пов’язати генетичну програму зі зміною механічних властивостей неживого матеріалу.
Раніше подібні системи зазвичай отримували готові молекулярні двигуни під час створення. Тепер матеріал може виробляти та регулювати їхню кількість уже після формування своєї структури.
Саме це відкриває можливості для розробки складніших систем, здатних виконувати послідовні механічні дії за попередньо записаними біохімічними інструкціями.
