06.05.2020 - University of Southern Denmark - Syddansk Universitet

Durchbruch bei molekularen Maschinen

Forschern ist es gelungen, Kontrolle über molekulare Maschinen zu erlangen, die es ihnen in Zukunft ermöglichen könnten, kontrollierte Bewegungen auszuführen

Moleküle gehören zu den grundlegendsten Bausteinen des Lebens. Wenn sie auf die richtige Art und Weise zusammenarbeiten, werden sie zu molekularen Maschinen, die die erstaunlichsten Aufgaben lösen können. Sie sind für alle Organismen unentbehrlich, indem sie zum Beispiel eine Vielzahl von Zellfunktionen und -mechanismen aufrechterhalten.

Was wäre, wenn man eine künstliche molekulare Maschine schaffen und steuern könnte? Und sie Aufgaben ausführen lassen könnten, die uns Menschen dienen?

Viele Forscher suchen nach Möglichkeiten, solche molekularen Maschinen zu schaffen und zu steuern, und die Forschung findet in Labors auf der ganzen Welt statt.

Studie erregt Aufmerksamkeit

An der University of Southern Denmark haben Ph.D. Rikke Kristensen und Kollegen aus der Forschungsgruppe von Professor Jan O. Jeppesen an der Fakultät für Physik, Chemie und Pharmazie eine wissenschaftliche Studie über molekulare Maschinen veröffentlicht, die Aufmerksamkeit erregt hat.

Die Studie wird in der Zeitschrift Chemistry -- A European Journal veröffentlicht und ist sowohl als sogenanntes Hot Paper als auch als Cover Feature erschienen.

Bevor ein Forschungsergebnis in einer wissenschaftlichen Zeitschrift veröffentlicht werden kann, muss es von einer Reihe von Fachkollegen bewertet werden, und in diesem Fall haben die Gutachter die Studie als sehr wichtig eingestuft.

Was die Aufmerksamkeit auf sich zieht, ist, dass es den Forschern gelungen ist, die Kontrolle über die molekularen Maschinen zu erlangen, was es ihnen in Zukunft ermöglichen könnte, kontrollierte Bewegungen auszuführen.

In den Körper

- Im Prinzip bedeutet dies, dass man die Maschine an den Ort schicken kann, an dem sie ihre Funktion erfüllen soll, sagt Rikke Kristensen.

Ein Beispiel könnte sein, eine molekulare Maschine in eine Medikamententablette zu packen und mit ihr zu steuern, wann das Medikament freigesetzt wird.

Die Herausforderung der heutigen Medizin besteht darin, dass die aktiven Komponenten während des Transports durch den Körper gut geschützt sein müssen, damit sie nicht abgebaut oder freigesetzt werden, bevor sie ihren Bestimmungsort im Körper erreichen - aber sie müssen auch freigesetzt werden, wenn sie ihren Bestimmungsort erreichen.

Und in Ihr Gehirn

- Wenn eine molekulare Maschine in die Tablette eingebaut ist, kann sie helfen, wenn die aktiven Komponenten in der Tablette ihren Bestimmungsort erreichen; dann kann die molekulare Maschine helfen, die Tablette zu öffnen und die aktiven Komponenten freizusetzen, damit sie ihre Arbeit dort verrichten können, wo sie gebraucht werden, sagt Rikke Kristensen.

Die optimale Zufuhr von Wirkstoffen an Bestimmungsorte im Körper ist eine große Herausforderung für jeden, der neue Medikamente entwickelt, und es ist besonders schwierig, Wirkstoffe ins Gehirn zu bringen.

Die so genannte Blut-Hirn-Schranke ist eine der undurchdringlichsten Barrieren im menschlichen Organismus.

Kleine Maschinen zur Schmutzbeseitigung

Ein weiteres Beispiel ist die Einbeziehung molekularer Maschinen in Beschichtungsprodukte, die auf Oberflächen aufgetragen werden: Durch die Aktivierung der Bewegungen der molekularen Maschinen werden die Eigenschaften der Oberfläche verändert und dadurch der Schmutz von der Oberfläche entfernt.

Und dann gibt es die kleinen Computer: Molekulare Maschinen haben das Potenzial, uns organische Computer zu liefern, die hundertmal kleiner sind als die Computer, die wir heute kennen.

- Zukünftige Anwendungen sind faszinierend, aber es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass dies im Moment grundlegende und nicht angewandte Wissenschaft ist, sagt Professor und Principle Investigator Jan O. Jeppesen.

- Gerade jetzt nähern wir uns diesem Feld mit Neugierde und dem Wunsch zu verstehen, was passiert, wenn wir beginnen, an den kleinsten Bausteinen der Natur herumzupfuschen. Wo das alles endet und welchen Nutzen unsere Nachkommen dafür in der Zukunft finden können, können wir nicht vorhersagen, sagt Jan O. Jeppesen.

Er fährt fort:

- Als die Elektrizität erfunden wurde, konnte niemand vorhersagen, wie sie sich auf die Welt auswirken würde. In gewisser Weise ist es auch hier so; wir stehen vor etwas Neuem, das wir heute vielleicht nicht ganz verstehen. Vielleicht werden die Menschen in 50 Jahren über unsere Ideen lachen. Vielleicht werden die Ideen noch übertroffen werden. Das kann ich Ihnen nicht sagen.

Kurz gesagt, der Durchbruch der Forscher besteht darin, dass es ihnen gelungen ist, die molekularen Maschinen so zu steuern, dass sie so gesteuert werden können, dass sie sich nur in eine Richtung bewegen.

- Das ist ein großer Schritt vorwärts. Bisher ist es uns gelungen, eine molekulare Maschine zu bewegen - aber nur zwischen zwei Punkten. Jetzt können wir die Maschine im Prinzip so lange in die gewünschte Richtung schicken, wie wir wollen, erklärt Rikke Kristensen und fährt fort:

- Es ist, als hätte man ein Autorad, das sich nur für eine halbe Umdrehung (zwischen zwei Punkten) hin und her drehen kann. Das gibt dem Auto keinen Schwung. Wenn Sie wollen, dass sich das Auto vorwärts bewegt, müssen sich die Räder in eine bestimmte Richtung drehen, solange Sie dies wollen. Genauso wichtig ist es, dass sich eine molekulare Maschine für die gewünschte Zeitspanne in dieselbe Richtung bewegen kann.

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