A nanopórusok szerepe és jelentősége
A pórusképző fehérjék az élővilág szinte minden szegletében megtalálhatók. Az emberi szervezetben például létfontosságúak az immunvédelemben, míg baktériumoknál sokszor toxinként szolgálnak, kilyukasztva más sejtek membránját. Ezek az aprócska csatornák irányítják az ionok és molekulák ki- és beáramlását, pontos vezérlést biztosítva a sejten belüli anyagforgalomnak. Nem hagyható figyelmen kívül, hogy a tudósok már régóta hasznosítják a nanopórusokat a biotechnológiában: például a DNS-szekvenálásban és a molekuláris érzékelésben. Ettől függetlenül a nanopórusos rendszerek néha kiszámíthatatlanul viselkednek – az ionok áramlása időnként lelassul vagy teljesen megáll, aminek okaira eddig nem volt teljes magyarázat.
Az elektromos töltések kísérletei
A kutatók az aerolysin nevű bakteriális nanopórus-fehérjén dolgoztak – 26 változatot hoztak létre a fehérje belső töltéseinek strukturális módosításával. Ionok áramlását figyelték meg különféle körülmények közt: gyors, váltakozó elektromos jelekkel meg tudták különböztetni a villámgyors rektifikációt az ennél lassabban kialakuló kapuzástól. Részletes modellezésük felfedte, hogy az áramirányítás oka a pórus belső töltéseinek aszimmetriája, ezért egyik irányba könnyebben haladnak az ionok, mint a másikba. Kapuzás akkor jelentkezik, amikor nagy ionáram miatt felborul a töltési egyensúly, és instabillá válik a pórus szerkezete – ilyenkor ideiglenesen leáll az ionáramlás.
A tanuló nanopórusok jövője
Kiderült, a töltések pontos helye és típusa határozza meg mindkét jelenséget. Ha a pórus belsejében megfordítják a töltések előjelét, a kapuzás is megváltozik vagy megszűnik; ha merevebbé teszik a pórus szerkezetét, leáll a kapuzás. Ez arra utal, hogy a szerkezeti rugalmasság kulcsszerepet játszik a tanult viselkedésben. A kutatócsoportnak sikerült olyan nanopórust építeni, amely képes szinaptikus plaszticitást – vagyis idegsejtek közötti tanulást – utánozni, amikor feszültséggel ingerlik. Összességében elmondható, hogy ezek az eredmények elvezethetnek a testre szabható, MI-szerű, tanuló biológiai nanopórusokhoz, és utat nyithatnak a szerves alapú, molekuláris tanulásra képes számítógépek korszakához.
