Но подобно
всем машинам, они имеют части различной формы и размеров, которые выполн
яют полезную работу. Все машины используют группы атомов в качестве свои
х частей. Просто белковые машины используют очень маленькие группы.
Биохимики мечтают о проектировании и создании таких устройств, но есть т
рудности, которые ещё необходимо преодолеть. Инженеры используют лучи с
вета, чтобы наносить схемы на кремниевые чипы, но химики вынуждены испол
ьзовать намного более косвенные методы, чем этот. Когда они комбинируют
молекулы в различных последовательностях, у них есть только ограненный
контроль над тем, как молекулы соединяются. Когда биохимикам нужны сложн
ые молекулярные машины, они все еще должны заимствовать их из клеток. Одн
ако, продвинутые молекулярные машины в конечном счете позволят им строи
ть наносхемы или наномашины также просто и непосредственно, как сейчас и
нженеры строят микросхемы и моечные машины. После этого прогресс станет
впечатляюще стремительным.
Генные инженеры уже показывают путь. Обычно, когда химики делают молекул
ярные цепи, называемые «полимерами» Ц они сваливают молекулы в сосуд, г
де они в жидкости сталкиваются и связываются случайным образом. Появляю
щиеся в результате цепи имеют различные длины, а молекулы связываются бе
з какого-либо определённого порядка.
Но в современных машинах генного синтеза, генные инженеры строят более о
рганизованные полимеры Ц специфические молекулы ДНК, соединяя молеку
лы в определённом порядке. Эти молекулы Ц нуклеотиды ДНК (буквы генетич
еского алфавита) и генные инженеры не сваливают их все вместе. Вместо это
го они заставляют машины добавлять различные нуклеотиды в определённо
й последовательности, чтобы составить определённую фразу. Вначале они с
вязывают один тип нуклеотидов с концом цепи, потом они вымывают лишний м
атериал и добавляют химические вещества, чтобы подготовить конец цепи к
связыванию со следующим нуклеотидом. Они растят цепи, нанизывая нуклеот
иды по одному за раз в запрограммированном порядке. Они прицепляют самый
первый нуклеотид в каждой цепи к твёрдой поверхности, чтобы удержать це
пь от размывания химической средой, в которой она находится. Таким образ
ом, они заставляют большую неуклюжую машину собирать определённые моле
кулярные структуры из частей, которые в сотни миллионов раз меньше, чем о
на сама.
Но этот слепой процесс сборки случайно пропускает в некоторых цепях нук
леотиды. Вероятность ошибок растет, поскольку цепи становятся более дли
нными. Подобно рабочим, откладывающим в сторону плохие части перед сборк
ой автомобиля, генные инженеры уменьшают ошибки, отбраковывая плохие це
пи. Далее, чтобы соединить эти короткие цепи в работающие гены (обычно дли
ной в тысячи нуклеотидов), они обращаются к молекулярным машинам, имеющи
мся в бактериях.
Эти белковые машины, называемые ферментами ограничения, интерпретирую
т некоторые последовательности ДНК как "резать здесь." Они считывают эти
участки гена контактно, прилипая к ним, и они разрезают цепь, меняя порядо
к нескольких атомов. Другие ферменты соединяют части вместе, «читая» соо
тветствующие части как "склеить здесь", аналогично «читают» цепи выбороч
ным прилипанием и соединяют их, изменяя порядок нескольких атомов. Испол
ьзуя генные машины для чтения, а ферменты ограничения для разрезания и с
клеивания, генные инженеры могут написать и отредактировать любую фраз
у ДНК, которую захотят.
Но сама по себе ДНК довольно бесполезная молекула. Она ни прочтена как Kevlar,
ни обладает цветом как красители, ни активна подобно ферменту, все же она
имеет кое-что, что промышленность готова тратить миллионы долларов, что
бы это использовать: способность направить молекулярные машины, называ
емые рибосомами. В клетках молекулярные машины вначале производят тран
скрипцию ДНК, копируя информацию с неё на «ленты» РНК. Далее, подобно стар
ым машинам, управляемым цифровым кодом, записанным на ленте, рибосомы ст
роят белки, основываясь на инструкциях, хранящихся на нитках РНК. А уже бе
лки полезны.
Белки, подобно ДНК, походят на бугорчатые нити бусинок. Но в отличие от ДНК
, молекулы белка сворачиваются, чтобы образовывать маленькие объекты, сп
особные что-то делать. Некоторые Ц ферменты, машины, которые создают и ра
зрушают молекулы (а также копируют ДНК, расшифровывают их, и строят други
е белки в этом же жизненном цикле). Другие белки Ц гормоны, связывающиеся
с другими белками, чтобы давать сигналы клеткам изменять своё поведение
. Генные инженеры могут производить эти объекты с небольшими затратами н
аправляя дешёвые и эффективные молекулярные машины внутрь живых орган
измов для выполнения этой работы. В то время как инженеры, управляющие хи
мическим заводом должны работать с цистернами реагирующих химических
веществ (которые часто приводят атомы в беспорядок и выделяют вредные по
бочные продукты), инженеры, работающие с бактериями, могут заставлять их
абсорбировать химические вещества, аккуратно изменяя порядок атомов, и
сохранять продукт или высвобождать его в жидкость вокруг них.
Генные инженеры сейчас запрограммировали бактерии делать белки, от чел
овеческого гормона роста до ренина, фермента, используемый в создании сы
ра. Фармацевтическая компания Eli Lilly (Индианаполис) Ц сейчас продвигает на
рынок Хьюмулин, молекулы инсулина человека, произведённые бактериями.


Существующие белковые машин
ы

Эти гормоны белка и ферменты выборочно прилипают к другим молекулам.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117