Молекулярные машины: Зачем нужны молекулярные машины? — все самое интересное на ПостНауке

Молекулярные машины — новые герои антибиотикотерапии

23 июня 2022

Новость

Антибиотики, к которым у бактерий развилась резистентность, нуждаются в помощи. Молекулярная машина «просверливает» дыру в клеточной мембране патогена, облегчая попадание лекарства вовнутрь.

рисунок автора

  • Автор
    • Элина Стоянова
  • Редакторы
    • Антон Чугунов
    • Динара Андреева
    Темы
    • Антибиотики

    • Биомолекулы

    • Биотехнологии

    • Здравоохранение

    • Медицина

Можно ли повернуть вспять неумолимую способность бактерий приспосабливаться? Есть ли шанс сохранить силу антибиотиков, но при этом «перешагнуть» через адаптивные механизмы бактерий? В статье журнала Science Advances ученые из Университета Райса (Техас, США) рассказывают о разработке молекулярных машин, способных «просверлить» брешь в мембране бактерий, что поможет антибиотикам попасть в клетку.

Резистентность бактерий — глобальная проблема, которая становится причиной смерти людей по всему миру и ежегодно уносит жизни порядка 700 000 человек. Более того, есть опасения, что к 2050 году около 10 млн человек будут ежегодно подвергаться риску умереть от микробной инфекции [1]. Проблема обостряется тем, что многие разрабатываемые препараты, хоть и относятся к новым классам лекарственных средств, проблему резистентности не решают. Подробнее о нависшей угрозе можно прочитать в спецпроекте «Биомолекулы»: «Антибиотики и антибиотикорезистентность».

Задача — найти средство, способное нейтрализовать защиту бактерий, чтобы вернуть антибиотикам былую славу. Возможно, решение найдено.

Неутомимые двигатели жизни

Молекулярными машинами (ММ) называют структуры, которые могут манипулировать объектами на молекулярном уровне: передвигать, состыковывать, собирать, разбирать. При этом молекулярным машинам нужен стимул или топливо — химическое, фото- или электрохимическое.

Как правило, молекулярные машины подразделяют на биологические и искусственно синтезированные. К первым, например, относится кинезин (перемещает груз от ядра по микротрубочкам; рис. 1), АТФ-синтаза (за счет энергии протонных градиентов, подобно турбине, синтезирует АТФ), ДНК-полимераза (участвует в репликации ДНК) и многие другие.

Рисунок 1. Классическая молекулярная машина. Белок кинезин транспортирует груз, «шагая» по микротрубочке.

К бою готов

Молекулярная нанотехнология позволила создать искусственные молекулярные машины — модифицированные молекулы. Аналог со сборкой автомобиля здесь неуместен: молекулярные машины названы так потому, что способны двигаться, а не потому что человек может сконструировать молекулярного киборга и отправить его на борьбу с патогеном. В перспективе они станут мощнейшим инструментом наномедицины — например, для обнаружения и уничтожения раковых клеток [4], [5]. В борьбе с микробными патогенами ММ имеют весомое преимущество — бактерии не готовы к встрече с ними. Человек способен контролировать пространственное расположение и активность молекулярной машины, что позволяет смягчить негативный эффект на клетки хозяина (то есть человека).

Ученые из Университета Райса исследовали, могут ли молекулярные машины помочь антибиотикам [6]? Созданные ими ММ способны проникать внутрь клетки, подчиняясь управлению извне. Чтобы они заработали, необходим стимул — свет: его удобно регулировать, он не инвазивен и не оказывает побочных эффектов (в отличие от химических стимулов).

При разработке исследователи опирались на работу коллег, опубликованную в Nature в 2017 году [7]. Именно в ней ученые показали, что молекулярные машины при нанесении на липидный бислой и последующей активации светом, способны «сверлить» отверстия. Составные части ММ назвали ротором и статором, проводя аналогию с частями электродвигателя, хотя обе части в молекуле остаются подвижными. Роторная часть получила такое название из-за добавления функциональных групп, которые позволяют управлять ММ и направлять ее.

Активация светом стала возможна благодаря добавлению амино- или алкокси-группы, которые стали электронодонорными заместителями в сопряженном ядре ММ и повысили электронную плотность. Одна из двух частей машины (статорная или роторная) была дополнительно модифицирована аминами для лучшего связывания с отрицательно заряженной мембраной бактерий (химическая структура ММ представлена на рис. 2). Кстати, принцип использования положительно заряженных молекул в борьбе с микробными патогенами далеко не нов: он используется как в антибиотикотерапии, так и в разработке антимикробных пептидов [8].

Рисунок 2. Химическая структура шести ММ, усиливающих эффект антибиотиков.

Добавленные функциональные группы выделены красным и синим цветом.
MW — молекулярная масса.

Роторная часть ММ после облучения начинает однонаправленно вращаться с частотой около 0,003 ГГц. Такая скорость вращения позволяет разрушать клеточную стенку и мембрану, а не просто проникать сквозь нее (рис. 3). Механическое нарушение целостности клеточной стенки и мембраны, приводящее к потере мембранного потенциала, инициирует действие антибиотиков, которые больше не сталкиваются с защитой бактерий, проникают внутрь и успешно оказывают клинический эффект. (Впрочем, это наиболее актуально для антибиотиков, разрушающих рибосомальные субчастицы, а не клеточную стенку.) В перспективе подобные ММ можно использовать для доставки и других лекарств в клетку.

Рисунок 3. Молекулярная машина после активации светом проникает сквозь билипидный слой.

В борьбе с резистентностью бактерий

Ученые из Университета Райса, после первой серии экспериментов на Escherichia coli, обнаружили, что незначительная разница в скорости вращения ММ не сказывалась на антибактериальном эффекте. При помощи моделирования молекулярной динамики выявлены различия в отношениях углов оси ММ и мембраны бактерии у разных машин. Так, ось ММ1 почти параллельна мембране (угол составляет около 15°), а для оси ММ2 угол около 60°. Угол вхождения в мембрану, который различался у разных ММ, оказывал влияние на степень деформации мембраны бактерии и итоговый антибактериальный эффект. Деформацию мембраны изучали при помощи обработки клеток флуоресцентным красителем — йодистым пропидием, и последующим измерением уровня флуоресценции.

Рисунок 4. Схематичное изображение расположения разных ММ во время движения в мембране.

Угол вхождения зависит от функциональных групп молекулы — так говорят данные молекулярной динамики.

Шесть самых эффективно действующих ММ задействовали в экспериментах на других грамположительных и грамотрицательных бактериях, в том числе золотистом стафилококке (Staphylococcus aureus). Рекордсменом в скорости его уничтожения стала ММ4 — снижение количества клеток в биопленке до нижнего предела обнаружения при помощи АТФ-метрии составило всего две минуты от момента активации. При добавлении к биопленкам с синегнойной палочкой (Pseudomonas aeruginosa) и S. aureus таких антибиотиков как рифампин и тобрамицин количество бактериальных клеток снижалось до 43 и 64%, соответственно. При этом, одновременное с антибиотиками добавление ММ снижало общее количество клеток до 78%. Антибиотики и молекулярные машины сообща действовали эффективнее, нежели по отдельности. Дальнейший анализ подтвердил, что повышение уровня воздействия антибиотиков на бактерий достигнуто благодаря возникновению пор в клеточных стенках, что облегчало лекарственному средству доступ вовнутрь.

Отмечено, что повторное использование ММ не приводило к развитию резистентности к ним. После 20 циклов развилась резистентность к антибиотикам, но устойчивость к молекулярным машинам так и не возникла, в связи с особенностями механизма действия — ММ не ингибируют белки, а напрямую повреждают мембрану. Впрочем, это утверждение стоит проверить на большем количестве циклов и разнообразии патогенов.

При воздействии молекулярных машин наблюдались существенные изменения в морфологии клеток: внутренняя мембрана отделялась от клеточной стенки, в слое пептидогликана возникали бреши, в результате мембранного и периплазматического стресса на наружной мембране образовывались везикулы. На рисунке 5 представлены клетки, целостность которых нарушена при помощи ММ.

Рисунок 5. Изображение клеток E. coli, полученные при помощи просвечивающей электронной микроскопии.

Крайняя слева клетка (контроль) обработана 1%-раствором диметилсульфоксида, который повышает проницаемость клеточной стенки бактерий в присутствии антибиотиков.
На следующих трех снимках представлены клетки после воздействия трех разных ММ в минимальной ингибирующей концентрации.

Рисунок 6. ММ снижает смертность зараженных бактериями личинок большой восковой моли.

У одной группы личинок Galleria mellonella ожоговую рану инфицировали грамположительным S. aureus, а у другой группы грамотрицательным — A. baumannii. Раны обрабатывали смесью антибиотиков без и с добавлением разных ММ. Выживаемость отслеживали в течение 7 дней.
На графиках отмечена выживаемость разных групп личинок в течении недели: тех, чьи раны были обработаны только антибиотиком, 1% раствором DMSO или раствором с ММ.
Добавление молекулярных машин оказало самый сильный эффект.

Исследователи обратили внимание, что ММ уничтожали также и клетки-персистеры — бактериальные популяции, которые находятся в состоянии покоя . Обычно из-за «сна» такие фракции крайне устойчивы к антибиотикам, но не в случае использования ММ! Неожиданно молекулярные машины могут справиться и с этой затаенной угрозой.

Эта способность великолепна для бактерий, однако может стать роковой для людей — подробнее читайте в статье «Персистенция бактерий — угроза, которую мы не замечаем в страхе перед антибиотикорезистентностью».

Заключение

Молекулярные машины механически нарушают целостность клеточной стенки, тем самым способствуя гибели бактерии. Появление пор в клеточной стенке позволяет антибиотику преодолеть резистентность бактерий и проникнуть внутрь. Исследователям предстоит продолжить эксперименты, задействуя модельные организмы, чтобы подойти к подтверждению терапевтического эффекта на людях. Но есть надежда, что молекулярные машины, свободные от угрозы резистентности, станут ключевыми героями в борьбе с бактериальной угрозой.

  1. O’Neill J. (2016). Tackling drug-resistant infections globally: final report and recommendations. Review on antimicrobial resistance;
  2. Антибиотики и антибиотикорезистентность: от древности до наших дней;
  3. Kinesin Motor Protein With Vesicle. (2022). Xvivo;
  4. Маленькое будущее;
  5. «Врачи-нанороботы» — миф или реальность?;
  6. Ana L. Santos, Dongdong Liu, Anna K. Reed, Aaron M. Wyderka, Alexis van Venrooy, et. al.. (2022). Light-activated molecular machines are fast-acting broad-spectrum antibacterials that target the membrane. Sci. Adv.. 8;
  7. Víctor García-López, Fang Chen, Lizanne G. Nilewski, Guillaume Duret, Amir Aliyan, et. al.. (2017). Molecular machines open cell membranes. Nature. 548, 567-572;
  8. Антимикробные пептиды — возможная альтернатива традиционным антибиотикам;
  9. Персистенция бактерий — угроза, которую мы не замечаем в страхе перед антибиотикорезистентностью.

Комментарии

Молекулярные машины — красивый образ, мечта или реальность? — Троицкий вариант — Наука

Елена Болдырева

В день присуждения Нобелевской премии по химии 2016 года Жан-Пьеру Соважу, Бернарду Феринге и Фрезеру Стоддарту «за дизайн и синтез молекулярных машин» редакция ТрВ-Наука обратилась ко мне с просьбой дать комментарий по этому поводу. Я согласилась: хорошо знаю работы лауреатов, неоднократно пересекалась с ними на различных конференциях, начиная с уникальной по концентрации нобелевских лауреатов конференции, посвященной столетию формулировки принципа «ключ — замок», проведенной в 1994 году в Бирмингеме Стоддартом.

В 1997 году я была приглашенным профессором в лаборатории другого нобелевского лауреата (1987), Жана-Мари Лена (Jean-Marie Lehn), в Страсбургском университете — альма-матер Соважа, где имела возможность «вариться в супрамолекулярном котле», работая над переводом на русский язык монографии Лена «Супрамолекулярная химия» (изданным в 1998 году в г. Новосибирске Сибирским предприятием «Наука» РАН).

Менее чем за неделю, прошедшую с этого момента, десятки журналистов и ученых по всему миру уже дали свои комментарии. Спектр комментариев чрезвычайно широк: популярный пересказ содержания работ лауреатов, информирование общественности о собственных работах в этой области, головокружительные обещания скорого прорыва в будущие технологии, когда молекулярные машины будут окружать нас повсюду в виде искусственных мускулов и транспортных систем.

Встречались и скептические комментарии, авторы которых напоминали, что первые катенаны, ротаксаны и молекулярные узлы были синтезированы еще в 1960-е годы, причем не теми учеными, которым присуждена сейчас Нобелевская премия; указывали, что традиционные методы синтеза дают эти соединения с очень низкими выходами, поэтому их «следует отнести к области экзотики в мире органических молекул», а «ожидать сколько-нибудь значимых практических приложений в обозримом будущем не следует».

Е. Болдырева и профессор П. Наумов из Университета Абу-Даби на Международной конференции по химии твердых органических веществ в Бангалоре, Индия. Из этой встречи выросла затем совместная публикация по фотомеханическим эффектам, анонс которой помещен на обложке Angewandte Chemie

Что же остается теперь мне? Извиниться перед редакцией и отказаться от комментария? Подумав, я решила, что всё же могу добавить несколько слов. Мой личный взгляд на проблему не претендует на то, чтобы быть единственно возможным мнением.

Лауреаты премии — синтетики. Хотя первые ротаксаны и катенаны действительно были синтезированы давно, несомненная заслуга лауреатов премии в том, что усилиями руководимых ими коллективов произошел переход от отдельных «экзотических» примеров к систематическому получению разнообразных красивых и интересных соединений данных классов, которые перестали восприниматься как нечто необычное. К слову, сейчас появились новые методы синтеза ротаксанов, катенанов и молекулярных узлов с высокими (80–100%) выходами, основанные на «сухих» механохимических технологиях. Отчасти именно с возможностью синтеза таких сложных супрамолекулярных комплексов и супермолекул связан небывалый расцвет механохимии именно органических соединений в последние годы.

Являются ли лауреаты премии (или любые другие исследователи) изобретателями «молекулярных машин»? Стоит ли ожидать появления множества молекулярных машин в ближайшем будущем? Первый изобретатель молекулярных машин, несомненно, Природа. Молекулярные машины — и в огромных количествах — уже давно вокруг и внутри нас. Биохимические процессы основаны на работе множества сложных молекул и супрамолекулярных комплексов, которые превращают энергию тепла, света, химических реакций в различные виды механических движений.

Программным манифестом исследователей, которые решили «догнать и перегнать» саму Природу в области создания таких хемомеханических устройств, можно, наверное, считать опубликованную в 1992 году книгу Эрика Дрекслера «Наносистемы». Подзаголовок книги содержит три ключевых слова: «Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation». Именно эти три направления стали основными в области изучения наносистем во многих странах, в гораздо большей степени, чем изучение наноразмерных порошков. Нобелевская премия 2016 года — закономерный итог такого развития.

Умение возбуждать и контролировать вполне определенные механические движения отдельных молекул может найти практическое применение — например, при создании молекулярных логических элементов, сенсоров, в фармации. Об этом уже много написано. Но есть еще один аспект проблемы, на котором я бы хотела остановиться: возможность перехода от возбуждения движений отдельных молекул к реализации контролируемых механических эффектов в макроскопических объектах, материалах.

Самые интересные молекулы еще не материалы, так же как самые совершенные винтики и шестеренки еще не механизм. То, за что присуждена премия, на самом деле пока далеко от переноса на уровень макродвижений. Для того чтобы перенести хемомеханические явления на макромир, необходимо научиться создавать протяженные структуры, активные элементы которых — эти молекулы — были бы расположены строго определенным образом и функционировали под действием внешних стимулов согласованно и контролируемо.

Необходимо переходить к макроскопическим твердым объектам — пленкам, кристаллам, в которых бы наблюдались фото-, электро-, магнитохемомеханические эффекты. Если проанализировать, что публикуют научные журналы сегодня, можно видеть, что именно сюда, в область материалов на основе молекулярных кристаллов, способных к обратимому изменению формы и совершению работы под действием внешних воздействий, всё более смещается интерес.

Вот уже который раз при объявлении очередной Нобелевской премии, комментируя чужие успехи, мы начинаем говорить, что «и у нас эти работы ведутся», а то и вообще сокрушаться, что «вообще-то первыми были россияне, но работы не получили должного развития». Так уже было и с фуллеренами, и с ВТСП, и с графеном…

К сожалению, нет пророка в своем отечестве, и мы обычно начинаем поддерживать какие-то направления только после того, как они получают развитие за рубежом. Мы намечаем новые пути, но сами по ним не идем, а потом начинаем догонять тех, кто очень далеко ушел за время нашего бездействия, когда и догнать-то уже проблематично.

Почему так происходит? Выскажу свои соображения. Для того чтобы предложить новую идею, получить первые результаты, обычно не требуется больших ресурсов — и это нам удается. Но для того чтобы затем развивать эту работу, сохранять лидерство, даже просто оставаться на уровне других исследователей, подхвативших твое же начинание, необходимы уже совсем иные условия.

Прежде всего необходимо значительное, при этом стабильное и долгосрочное, финансирование, сочетающееся с возможностью гибко и быстро маневрировать при выборе тактики работы, не быть связанным необходимостью обеспечить ранее заявленное число публикаций в год или даже квартал, при этом придерживаясь строго буквы записанного в планы несколько лет тому назад.

Необходима возможность привлекать к работе специалистов разных профилей, объединенных вокруг общей стратегической задачи, причем делать это оперативно и свободно от бюрократических пут, регламентирующих каждый шаг и вздох и ставящих множество ограничений. Коллективы, работающие над научными задачами, должны функционировать как супрамолекулярные машины — легко собираться, модифицироваться, переформировываться, распускаться и вновь собираться.

Безусловное право решать, кого, на какой срок и на каких условиях приглашать в участники проекта, равно как и ответственность за результат должны принадлежать научному лидеру, формирующему команду под проект. Команда может быть «распределенной» — люди продолжают работать в разных городах и странах, но объединяют свой опыт, ресурсы для решения общих задач.

К сожалению, сегодня система распределения грантов у нас не способствует объединению нескольких сильных групп вокруг одной задачи — напротив, они вынужденно конкурируют друг с другом за скромное финансирование, при этом нередко оценивая проекты друг друга как «независимые эксперты». Если же экспертом выступает «сторонний наблюдатель», то он либо далек от области и не может реально оценить перспективность работы, либо, даже понимая, что идеальным было бы создать объединенную группу из исполнителей нескольких конкурирующих заявленных проектов, укрупнив финансирование и соединив усилия, не имеет возможности дать такую рекомендацию. Если и даст, то нет механизмов ее исполнения. А иногда, как ни прискорбно, работа вообще торпедируется по сугубо субъективным причинам уровня «личной неприязни» даже без какой-либо выгоды для торпедирующих, уполномоченных принимать решения.

Синтетики России уже высказались: у нас есть группы, способные проводить самые сложные синтезы. Не случайно и в международных коллективах лауреатов нынешней премии работали в том числе синтетики, подготовленные в СССР, уехавшие в 1990-е годы. Но наша страна имеет приоритет и реальные шансы сохранять мировое лидерство и в других областях, не менее важных для достижения конечной цели — выхода на уровень макроэффектов и реальных материалов (если, конечно, работы эти будут признаны значимыми и получат поддержку). Это и механохимия органических веществ, позволяющая решить проблему получения веществ в значительных количествах с высоким выходом, и управление реакционной способностью молекулярных твердых веществ, умение получить из них материалы и устройства, способные совершать механическую работу, при этом не разрушаясь и не теряя характеристик в процессе эксплуатации.

Первые синтезы органических соединений механохимическими методами были проведены в 1940–1950-е годы в СССР; долгие годы именно наши ученые задавали тон и лидировали в мире в области механохимии, имея и официальное международное признание. Но сегодня основными центрами механохимических исследований всё более становятся Канада, Великобритания, Франция, Китай, Италия. Их ведут совсем иные, молодые люди, нередко даже не знающие о прежних российских работах и не упоминающие их, зато имеющие на порядок более высокий уровень ресурсного обеспечения и, что очень важно, выступающие «единым международным фронтом», а не разрозненно конкурирующие друг с другом.

Фотохемомеханические эффекты в молекулярных кристаллах — упругий изгиб кристаллов в результате протекания в них обратимых фотохимических реакций — впервые были описаны именно российскими учеными в 1980-е годы: практически одновременно и независимо в Горьком (Абакумовым и Неводчиковым), Новосибирске (автором данной заметки, Сидельниковым и Чупахиным) и Новокузнецке (Ивановым и Урбаном). Хотя мы и наши коллеги из других городов предложили использовать данный эффект в сенсорах и фотометрах, на которые были получены авторские свидетельства на изобретения, не то что ажиотажа, но и просто сколько-нибудь заметного интереса в нашей стране эти работы не вызвали.

Я храню как курьезную реликвию отказ принять наш доклад на эту тему в виде стендового сообщения на Всесоюзную конференцию по реакционной способности твердых веществ «ввиду малой значимости сообщения и перегруженности программы». К сожалению, с приходом 1990-х продолжение наших работ по изучению фотомеханических эффектов в кристаллах в России стало проблематичным — работы не получали финансовой поддержки, никак не вписываясь в направления, обозначенные как приоритетные на основании того, что было «модно» в то время, чем занималось большинство и у нас и за рубежом.

К счастью, наличие российских публикаций и патентов позволило мне всё же заявить проекты, направленные на продолжение этих работ, в Фонд Гумбольдта, Королевское общество Великобритании, Национальный совет научных исследований Италии, Немецкое исследовательское общество, продолжить их за рубежом, опубликовать в международных журналах; но затем пришлось снова прервать исследования на пятнадцать лет после возвращения в Россию.

Возможностью вернуться к этой теме, получив поддержку инициативного проекта РФФИ, я обязана тому, что за прошедшие тридцать лет работы, начатые в СССР, получили развитие в других странах, наблюдавшиеся нами эффекты были «переоткрыты» и «переопубликованы» японцами и американцами, и теперь не проходит дня, чтобы в самых «престижных» международных журналах не появилось статьи из этой области. На наши работы 1980-1990-х годов, долго остававшиеся незамеченными, если судить по ссылкам на них, начали ссылаться по нарастающей.

Один из итогов продолжения совместных исследований — всесторонний обзор по хемомеханическим эффектам в молекулярных кристаллах в Chemical Reviews. Будущее за этим направлением

Мы сами, вернувшись к, казалось бы, навсегда оставленной нами теме, смогли выйти на качественно новый уровень, что отразилось и в наших публикациях, например, в Chemical Reviews и Advanced Functional Materials. Удастся ли нам — конкретно нашей группе и России в целом — хотя бы сохранить свои позиции? Сможем ли мы использовать свой потенциал для того, чтобы утвердить лидерство в этой области в мире? Ответа нет. Надежда? Она, как известно, умирает последней.

Елена Болдырева,
докт. хим. наук, гл. науч. сотр. Института химии твердого тела и механохимии СО РАН (г. Новосибирск), зав. кафедрой химии твердого тела Новосибирского государственного университета

См. также:

молекулярных машин | Решения для научных микроскопов экспертного класса

Мы в Molecular Machines & Industries (MMI) понимаем, что ваше лабораторное оборудование должно соответствовать конкретным требованиям ваших индивидуальных исследовательских проектов, когда вы не хотите усреднять значимые данные, а хотите сосредоточиться на отдельных клетках.

Свяжитесь с нами сегодня для персональной онлайн-демонстрации!

Свяжитесь с нами сейчас

Компания Molecular Machines & Industries (MMI) является ведущим поставщиком уникальных технологий для микродиссекции, микроманипуляций и визуализации с широким спектром клинических и исследовательских применений.

Наша основная компетенция в компании Molecular Machines & Industries заключается в разработке и производстве инновационных, эффективных и экономичных решений для микроманипуляций и визуализации для конкретных приложений. Таким образом, мы вкладываем значительные средства в новые технологии и качество, а также в постоянное обучение наших сотрудников и дистрибьюторов. Для достижения наших целей в области качества мы постоянно оптимизируем наши процессы. Таким образом, наши клиенты получают выгоду от самых современных инструментов, отличной поддержки продаж и обслуживания, а также очень успешных исследований.

Примечательно, что компания Molecular Machines & Industries первой представила технологию УФ-лазера на рынке лазерной микродиссекции. Таким образом, наши пользователи получают выгоду от нашего многолетнего технического и практического опыта. Кроме того, мы являемся единственным производителем, который обеспечивает постоянную поддержку старых приборов в полевых условиях.

Мы предлагаем уникальные и инновационные решения для

  • Лазерная микродиссекция «CapSure» для выделения клеток в ткани (MMI CellCut)
  • Интегрированная в микроскопия визуализация всего предметного стекла (MMI CellScan)
  • Селективное выделение одиночных клеток на капиллярной основе (MMI CellEctor)
  • Оптический пинцет для количественного определения биологических сил (MMI CellManipulator)

Наш MMI CellCut сочетает в себе несколько проверенных технологий, которые обеспечивают быструю и точную лазерную микродиссекцию парафиновых и криопроб, мазков и культур живых клеток.

Для исследования областей интереса компания Molecular Machines & Industries использует сверхточный твердотельный УФ-лазер, сохраняя при этом морфологию образца и обеспечивая качество исходного материала для последующего последующего анализа. Кроме того, запатентованная и надежная технология изоляции «CapSure», не содержащая загрязнений, с использованием уникального MMI CapLift обеспечивает автоматический перенос мишеней из предметного стекла в микроцентрифужные пробирки (изоляционные колпачки) без ненужного воздействия физических или химических сил.

Разумеется, мы предоставляем необходимые расходные материалы, такие как уникальные изолирующие колпачки, для надежного и эффективного иссечения участков ткани и отдельных клеток.

«Здесь, в DMSZ (исследовательская группа VirusInteract), мы уделяем особое внимание анализу самых ранних случаев вирусной инфекции в тканях растений. Таким образом, мы сначала идентифицируем начальную точку вирусной инфекции растений, изолируем эту область с помощью системы MMI CellCut, а затем анализируем этот образец с помощью мультиомного подхода. Система MMI CellCut является элементарной для нашего исследования, потому что она позволяет нам выбирать и исследовать даже единичные инфицированные ядра растений. Кроме того, мы используем MMI CellEctor для сбора протопластов из жидких сред для создания новых растений из одной клетки».

Доктор Халид Амари Баба
Leibniz-Institut DSMZ-Deutsche Sammlungvon Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH
Nachwuchsgruppe VirusInteract (Dr. Björn Krenz)
Брауншвейг, Германия

Система визуализации всего слайда MMI CellScan позволяет сканировать цифровые слайды с полным разрешением, анализировать слайды, аннотировать интересные области и архивировать цифровые изображения. Этот инструмент можно уникально комбинировать с нашими решениями для лазерной микродиссекции для полного документирования образцов, а также для вариантов удаленного рабочего процесса. Кроме того, MMI CellScan также можно использовать в качестве автономной технологии обработки изображений на нескольких марках и моделях микроскопов, поддерживающих все функции вашего микроскопа.

MMI CellEctor представляет собой комплексное инструментальное решение для полностью автоматизированной аспирации и осаждения взвешенных или прилипших клеток к любому устройству для культивирования клеток и молекулярной биологии. Система CellEctor основана на микроскопии и поэтому предлагает полную гибкость исследовательского микроскопа. В сочетании с дополнительным MMI CellExplorer автоматическое распознавание клеток может быть интегрировано в рабочий процесс выделения клеток. Селективная сортировка клеток под полным визуальным контролем, обеспечиваемая CellEctor, устраняет разрыв между частой и редкой сортировкой клеток для различных приложений в исследованиях рака, онкологии, иммунологии и многих других областях.

MMI CellManipulator — мощная оптическая многолучевая система пинцетов. Он позволяет максимально комфортно манипулировать до 20 одиночными и живыми клетками, микроорганизмами и микроскопическими частицами. Решения для оптического пинцета часто используются для силовой спектроскопии, т. е. для изучения отдельных молекул, таких как ДНК и белки, а также молекулярных двигателей, сил сворачивания и адгезии.

Примечательно, что все наши системы можно комбинировать уникальным образом, и все они могут быть интегрированы на одной платформе микроскопа. Эти специализированные продукты представляют собой очень универсальные инструменты, которые можно использовать во множестве областей применения.

Интуитивная программная платформа MMI CellTools служит центром для специализированных программных решений для приборов. Программная платформа включает в себя все необходимые инструменты для управления микроскопом, а также инструменты MMI. Для лучшего взаимодействия с пользователем программное обеспечение содержит несколько автоматизированных функций в удобном для пользователя дизайне.

MMI (Molecular Machines & Industries) представлена ​​головным офисом в Эхинге, Германия (Molecular Machines & Industries GmbH), и дополнительными офисами в Цюрихе, Швейцария (Molecular Machines & Industries AG), Хаслетте, США (Molecular Machines & Industries). Inc.) и Гонконге, Китай. Чтобы иметь возможность предлагать своевременную и компетентную поддержку, MMI также возглавляет глобальную дистрибьюторскую сеть с местными компаниями.

Мы используем файлы cookie на этом веб-сайте для анализа трафика и оптимизации вашего пользовательского опыта. Подробную информацию о том, как работает этот анализ, можно найти в нашей Политике конфиденциальности.

Молекулярные машины | Природа Химия

Молекулярные машины

Скачать PDF

Скачать PDF

  • Опубликовано:

Нобелевская премия по химии 2016 г.

  • Виктория Ричардс  

Химия природы
том 8 , страница 1090 (2016)Процитировать эту статью

  • 5044 Доступ

  • 19 цитирований

  • 1 Альтметрика

  • Сведения о показателях

Предметы

  • Молекулярные машины и двигатели
  • Научное сообщество и общество
  • Супрамолекулярная химия

Совершив гигантский скачок вперед в фундаментальной химии, исследователи потратили последние два десятилетия на создание крошечных машин, которые могут выполнять задачи в ответ на внешние раздражители. Эти машины могут синтезировать или транспортировать небольшие молекулы, а некоторые из них, как было показано, объединяются в больших количествах для выполнения макроскопической работы, например, для того, чтобы объекты изгибались, вращались или сжимались. В знак признания их новаторских усилий в этой области Жан-Пьер Соваж, Фрейзер Стоддарт и Бен Феринга (слева направо) были совместно удостоены Нобелевской премии по химии 2016 года «за разработку и синтез молекулярных машин».

Первый настоящий прорыв произошел в 1983 году, когда Жан-Пьер Соваж из Страсбургского университета разработал высокоэффективную стратегию синтеза катенана с использованием металлического шаблона: сборки двух молекулярных колец, которые механически сцеплены, но могут свободно перемещаться при уважение друг к другу. В 1991 году Фрейзер Стоддарт, в настоящее время работающий в Северо-Западном университете, отвечал за следующую крупную разработку: ротаксановый челнок, состоящий из макроциклического кольца, которое может перемещаться между двумя различными «станциями» вдоль компонента оси, на котором оно навинчено, удерживаясь там благодаря громоздкой пробки на каждом конце.

Создавая запутанные сборки, Соваж и Стоддарт были вооружены инструментами, необходимыми для создания наноразмерных машин — молекул с подвижными частями, которые подвергаются обратимым позиционным смещениям. Следующим шагом было получение контроля над движением, которого они добились в 1994 году, когда ввели в эти системы химически различные окислительно-восстановительные звенья и контролировали относительное положение катенановых или ротаксановых колец с помощью электрохимии. Вместе они с тех пор разработали молекулярные мышцы, логические вентили, лифты и насосы, причем Стоддарт, в частности, внес значительный вклад в каталог доступного оборудования.

Авторы и права: Кэтрин Шредер / Страсбургский университет Джеймс Пришинг   Патрик Герцог /getty images

Бен Феринга из Университета Гронингена внес значительный вклад в разработку роторных молекулярных двигателей. В 1999 году его команда сообщила о молекуле, которая имеет два лезвия, которые вращаются на 360° в одном направлении за счет фотоизомеризации двойной связи, через которую они соединены.