Работа, опубликованная в журнале Newton, описывает, как исследователи из Пенсильванского университета создали механическую модель, имитирующую поведение прионов — белков, способных изменять форму и передавать это состояние другим белкам. Эти белки связаны с тяжелыми нарушениями, такими как болезнь Крейтцфельдта-Якоба и коровье бешенство. Однако прионы могут участвовать и в полезных функциях — например, в формировании памяти или адаптации у простейших организмов.
Ученые использовали вычислительные методы и физические прототипы, чтобы представить процесс передачи формы как простой физический механизм. Они обнаружили, что пятизвенный элемент с системой «замок и ключ» может передавать изменение структуры по цепочке, как домино. Смоделированные элементы взаимодействуют асимметрично: «больная» форма захватывает «здоровую» и превращает ее в свою копию.
Физическая версия модели, созданная с помощью 3D-печати и небольших магнитов, подтвердила теоретические расчеты. При активации одной из деталей весь механизм начинал изменяться, передавая деформацию дальше — в точности как прион в биологической системе.
Это открытие показывает, что даже простая инженерная система может помочь в изучении сложных биологических явлений. Авторы подчеркивают: понимание физических принципов самораспространяющихся белков может быть полезно не только в медицине, но и в проектировании новых материалов или вычислительных устройств. В будущем исследователи планируют миниатюризировать модель до масштабов клетки и интегрировать ее с активными материалами.
Идея о том, что сложные биологические процессы можно объяснить через простую механику, неожиданно перекликается с другим направлением — молекулярной точностью в выборе гена обонятельными нейронами. Там, как и здесь, речь идет о том, как устойчивые структуры позволяют клетке «решить», что именно ей активировать — об этом вы можете узнать в этой статье.