Geschiente Schienen

News: Geschiente Schienen

Nanotechniker bedienen sich gerne bei der Natur, um ihre Kleinstgeräte zu bauen. So auch ein japanisches Team, das einen Nanomotor konstruiert hat. Die Forscher verwendeten hierzu Mikrotubuli, die in Zellen als "Schienen" für Transportvorgänge dienen. Indem sie Motorproteine in winzigen Ritzen einer Glasplatte fixierten, konnten die Wissenschaftler die Mikrotubuli gezielt auf der Platte gleiten lassen.

Andreas Jahn

Eine schlichte biologische Zelle ist das Paradies für einen Nanotechniker. Denn hier laufen auf engstem Raum eine Vielzahl von Transportvorgängen hoch präzise gesteuert ab. Kein Wunder, dass die Wissenschaftler immer wieder versuchen, es der Natur gleichzutun und sie nachzubauen.

So auch das Team von Taro Uyeda vom japanischen National Institute of Advanced Industrial Science and Technology. Die Wissenschaftler bedienten sich bei der Konstruktion eines Nanomotors der Mikrotubuli, die bei allen eukaryoten Zellen vorkommen. Diese bis zu 25 Mikrometer langen Röhren durchziehen als Stützskelett die Zelle, dienen aber auch als "Schienen", an denen Zellbestandteile entlanggleiten können. Als Antriebsmotor arbeitet das Protein Kinesin, das auf den zu transportierenden Zellbestandteilen sitzt und sich durch Formveränderung am Mikrotubulus quasi entlanghangelt.

Uyeda und seine Kollegen dachten sich nun, umgekehrt den "Motor" Kinesin zu befestigen und dafür die "Schiene" Mikrotubulus zu bewegen. Gesagt, getan. Sie fixierten Kinesin auf einer Glasplatte und gaben hierauf Mikrotubuli, die auch tatsächlich begannen, auf der Platte entlangzuwandern – nur leider völlig orientierungslos.

Die Nanotechniker ritzten deshalb mikrometertiefe Kerben in das Glas und befestigten hierin das Kinesin. Jetzt konnten die Mikrotubuli entlang dieser Schienen gleiten. Allerdings ließ sich die Gleitrichtung noch nicht steuern. Denn die Richtung hängt von der Orientierung der Kinesinmoleküle ab, die zufällig in der Glaskerbe verteilt sind. Daher wanderten die Mikrotubuli nicht in eine Richtung, sondern sprangen lediglich vor und zurück.

Doch auch dieses Problem ließ sich lösen: Die Forscher veränderten ihre Glasritzen, in dem sie ihnen eine Pfeilform gaben. Dadurch hatten sie einen "Einbahnstraße" geschaffen, denn sobald die Mikrotubuli in die "falsche" Richtung gleiten wollten, blieben sie an den Widerhaken der Pfeile stecken. Nur in Pfeilrichtung war die Fahrt frei.

Die gezielte Bewegung der Mikrotubuli ist demnach möglich. Das Ganze dient jedoch nicht als Selbstzweck, sondern soll einmal für den Transport von Substanzen auf kleinstem Raum dienen. Dafür müssen die Forscher ihre Mikrotubuli, die in Zellen ja nur als "Schienen" arbeiten, zu Transportvehikeln umbauen. Außerdem sollte sich die Bewegung an- und wieder abschalten lassen. Die Nanotechniker haben also noch einiges zu tun.