Izrada motora nanometarskih dimenzija, čiji su „strojni elementi“ atomi i molekule, možda je najvažniji zadatak nanotehnologije. No unatoč svim uspjesima znanosti i tehnologije, treba priznati kako jako u tome zaostajemo – jer strojeve nanometarskih dimeznija priroda poznaje već 3,8 milijarde godina, naime od vremena kada se pojavio prvi život na Zemlji. Kada govorimo o proteinima, nukleinskim kiselinama, enzimima i genima početo zaboravljamo kako sve te biomolekule same po sebi ne čine ništa: one su samo dijelovi molekularnih strojeva u živoj stanici. I što je onda naravnije nego te prirodne molekularne strojeve modificirati kako bi mogli obavljati nešto drugo, čovjeku potrebno. (Nismo li učinili isto i sa životinjama kada smo ih pripitomili?) To nije samo lakši nego i praktičniji put, jer se primjena molekularnih strojeva očekuje prije svega u medicini, pa je stoga njihova biološka struktura dobrodošla. Ona naime jamči laku prilagodbu, ali i razgradnju, jer nanostrojevi – baš kao i lijekovi – moraju raditi samo dotle dokle su potrebni.

Vijest o još jednom nanomotoru stiže nam iz Sjedinjenih Država. U časopisu Nature Nanotechnology osmorica znanstvenika iz Stanforda objavila su članak iz čijeg naslova (Controllable molecular motors engineered from myosin and RNA) proizlazi kako su sastavili motor iz dvije molekule, molekule miozina i molekule RNA. Stoga su ga označili posve kratko, M6-RB, što je kratica od „myosin VI-RNA-binding“.

Da budem jasniji, američki su se znanstvenici za konstrukciju molekularnog motora poslužili nanomotorom koji pokreće mišiće. Da pojasnim: stezanje se mišića temelji na gibanju, točnije smicanju paralelno položenih miozinskih i aktinskih niti. Miozinska se pak nit sastoji od isprepletenih molekula proteina miozina čiji završetci (teški meromiozin) iz nje vire. Na kraju teškog meromiozina nalazi se glava koja se veže za aktinsku nit te je vuče uzduž miozinske niti. Za tu su glavu (MVI), što se vidi na slici, znanstvenici vezali četiri proteinske molekule. Prava se molekula, L7Ae, veže za molekulu RNA, dok molekule conv i ins2 mijenjaju položaj prve molekule prema MVI. U tome im pomaže molekula kalmodulina (CaM), univerzalnog regulatora kalcijeva metabolizma (vezujući za sebe četiri kalcijeva iona CaM aktivira nekoliko stotina enzima).

Kada sve što sam rekao svedemo na bitno, vidimo kako je tu riječ o zamjeni miozinskog lanca molekulom RNA. No ovaj čudni hibrid proteina i nukleinskih kiselina ne treba nas zbunjivati. Ribonukleinske kiseline imaju mnogo funkcija u stanici (prijenos genske informacije, sinteza proteina, a služe i kao geni kod nekih virusa), no u našem slučaju funkcija RNA je čisto mehanička. Molekula RNA je naime mnogo čvršća od molekule proteina (miozinskog lanca) pa služi samo kao nakakav štap, štapić ili – zašto tako ne reći – kao nanoštap. Pod djelovanjem živčanog impulsa nanoštap se okreće prema negativnom kraju mišićnog vlakna.

No to je bio tek prvi korak. Nanoštapove su potom vezali za cikličku molekulu DNA (koja je također  poslužila kao strojni dio, kao kućište molekularnog motora) pa su tako dobili upravljivi stroj koji se mogao kretati po aktinskoj niti. Kao što se vidi na slici, dvije su „nožice“ uvijek vezane za nit, no djelovanjem živčanog impulsa ovaj se minijaturni kotač počinje kortljati. Kojom brzinom?

Brzina gibanja molekularnog vozila („auta“) po aktinskoj niti precizno je izmjerena. Nanoauto vozi brzinom od 36,2±0,6 nm/s, no postigao je i rekord od čak 80 nm/s. (Usporedite to s brzinom puža, oko milimetar u sekundi.) No motor se jako brzo kvari budući da je najveća zabilježena udaljenost iznosila samo 6 mikrometara, dakle 6000 nanometara (naš auto vozi samo nekoliko minuta).

Primjenu ovog motora i još dvije njegove varijante opisane u radu (koje mogu mijenjati smjer kretanja) nije teško sagledati. Injektiran u mišić automobil molekularnih dimeznija mogao bi putovati njegovim vlaknima i - ako bi nosio na sebi nešto ljekovito -  mogao bi pomoći njegovom oporavku, pa čak i spasiti život ako je riječ o srčanom mišiću. No nije li o primjeni još preradno govoriti?

Nenad Raos, rođen u Zagrebu 1951. godine, je kemičar, umirovljeni znanstveni savjetnik u trajnome zvanju. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti: napisao je na stotine znanstveno-popularnih članaka, sedam je godina bio glavni urednik Prirode, a sada je urednik rubrike „Kemija u nastavi“ u časopisu Kemija u industriji. Autor je sedam izložbi u Tehničkom muzeju Nikola Tesla u Zagrebu te 12 znanstveno-popularnih knjiga. Upravo mu izlazi još jedna, ovaj put na engleskom jeziku (The Cookbook of Life), s temom postanka života na Zemlji.