Пошаговое движение искусственного белкового «ходока» по ДНК-треку с синхронизацией

Молекулярные моторы являются фундаментальными для жизни, поскольку они преобразуют свободную энергию в механическую работу, способность, обусловленную химической и структурной сложностью входящих в них белков. Хотя были разработаны моторы на основе малых молекул и ДНК, создание искусственного белкового мотора оставалось труднодостижимой целью в синтетической биологии. В настоящей работе сообщается о создании искусственного внешне управляемого белкового мотора, названного Tumbleweed (TW). TW был сконструирован с использованием модульной стратегии проектирования, объединяющей белки с хорошо охарактеризованными свойствами для получения возникающей моторной функции и направленности. TW состоит из трёх «ног», каждая из которых содержит лиганд-управляемый домен связывания ДНК, обеспечивающий селективное взаимодействие с определёнными сайтами вдоль ДНК-трека. С помощью флуоресцентных методов на одиночных молекулах в сочетании с программируемым микрофлюидным устройством мы показываем, что TW выполняет направленные шаги длиной 16 нм по сконструированному субстрату ДНК в ответ на заданную последовательность лигандных входов. Более того, как тайминг, так и направление шагов могут быть точно контролированы на временном масштабе секунд. Этот подход обеспечивает универсальную платформу для проектирования динамичных и сложных белковых наномашин, а также для исследования физических принципов, управляющих белковыми «ходоками» с точно определённой архитектурой.