För första gången kan mikroskopiska robotar tillverkade av DNA-molekyler gå, följ instruktionerna och arbeta tillsammans för att sätta ihop enkla produkter på en atomär skala montering, härma maskinen av levande celler, meddelade två oberoende forskargrupper onsdagen.

Dessa experimentella anordningar, som beskrivs i Nature, är framsteg inom DNA-nanoteknologi, i vilken biotekniker använder molekyler av den genetiska koden som muttrar, bultar, balkar och andra byggnadsmaterial, på en skala mätt i miljarddelar av en mätare. Satsningen, som kombinerar syntetisk kemi, enzymologi, strukturella nanoteknik och datavetenskap, drar fördel av de unika fysiska egenskaper av DNA-molekyler för att montera former i enlighet med förutsägbara kemiska regler.

Fram till nu hade sådana experiment gav molekylära nyheter från Smiley Faces så liten att en miljard kan passa i en tesked till molekyl-storlek lådor med lock som kan öppnas, stängas och låsas med en DNA-nyckel.

Dessa nya byggprojekt få forskare ett steg närmare till en tid när åtminstone i teorin, kan forskarna kunna bygga test-tube fabriker som pressa fram självorganiserande datorer, sällsynta kemiska föreningar eller autonoma medicinska robotar som kan kryssning den mänskliga blodomloppet .

I ett av projekten byggde en banbrytande forskargrupp baserad vid New York University prototypen för en molekylär fabrik där mobila DNA-robotar monterade guldpartiklar på åtta olika sätt, som svar på kemiska kommandon. Den andra laget, som leds av en biokemist vid Columbia University, programmerat en DNA robot som kunde starta, stoppa, vända och flytta.

"Här kan vi se några glimtar av vad som komma skall", säger Harvard University biofysiker William Shih, som inte var inblandade i projekten. "Det här är spännande."

DNA-arbetet är en liten del av en nästan $ 9000000000 forsknings-och utvecklingsarbete i världen, enligt den privata projektet för nya nanoteknik, som spårar miljö-och hälsoproblem till följd av den nya tekniken. Hittills har nya nano-material införlivats i hundratals elektroniska, kosmetiska, fordon och medicinska produkter tillverkade av 485 företag i 24 länder. Men ingen engagera dessa exotiska konstgjorda DNA objekt.

Båda forskargrupper mixtrar med skapelser som kallas DNA vandrare-mobil DNA-molekyler, ca 100.000 gånger mindre än diametern på ett mänskligt hårstrå, som har tre eller fler ben tillverkade av en sträng av genetiska enzymer. Varje ben rör sig framåt baserat på dess kemiska attraktion till sekvenser av biokemikalier som ner, som språngbräda, framför den.

Dessa robotar är så små att forskarna programmera sina handlingar genom att koda kommandon i världen runt omkring dem. De följer kemiska signaler som programmerats in i marken på vilken de gå.

I det första projektet, byggt upp ett team av forskare under ledning av biokemisten Milano Stojanovic vid Columbia en molekylär robot som rörde sig på egen längs ett spår av kemiska Instruktioner för DNA motsvarande den stansade hålremsa användas för att styra automatiserade verktygsmaskiner.

När programmerats krävde roboten inte längre mänsklig inblandning, rapporterar forskarna. Det kan i sin tur röra sig i en rak linje eller följa en komplicerad kurva och sedan sluta, allt huvudsakligen på eget initiativ. De dokumenterat sin framsteg med ett atomkraftsmikroskop som klev längs en bana 100 nanometer lång, ungefär 30 gånger fler än tidigare DNA-vandrare kan hantera.

"I framtiden skulle detta kunna användas som en molekylär maskin som kunde binda till en cell yta, kanske bära en last och släppa något", säger biokemisten Hao Yan vid Biodesign Institute vid Arizona State University, en av 12 forskare vid fyra universitet inblandade i projektet.

Vid New York University, tog forskare under ledning av kemisten Nadrian Seeman den idén ett steg längre. De kombinerade en programmerbar DNA spår och en trupp av mobila robotar vandrare med en uppsättning av oberoende kontrollerade molekylära gaffeltruckar som kan leverera delar på kommando. Resultatet blev en fungerande nano-fabriken, rapporterar forskarna.

"En industriell sammansättning raden innehåller en fabrik, arbetare och en transportör system", säger Dr Seeman. "Vi har emulerat båda dessa funktioner med hjälp av DNA-komponenter."

Genom att utlösa olika DNA-sekvenser, kunde forskarna beställa upp till åtta olika kombinationer i sin experimentella produktlinje.

"Det är mycket betydelsefullt", säger California Institute of Technology Bioengineer Paul Rothemund, som inte var inblandade i antingen projekt. "Detta är sånt som händer i levande celler hela tiden."

Biokemist Lloyd Smith vid University of Wisconsin i Madison varnade att det kan vara ett decennium eller mer innan DNA nanoteknik leder till några användbara program.

"Detta är ett område att titta på," Dr Smith sagt. "Men detta är fortfarande grundforskning för att ta reda vilken förmåga mänskligheten har att göra molekyler som kan göra sitt budgivning."

Om du gillar det här inlägget, Prenumerera på RSS Foder och få de senaste inläggen när de är tillgängliga. Tack!