Nanomasinile umane

Sunt de mii de ori mai subtiri decat un fir de par si totusi natura le-a dat lor rolul de a ne fabrica energie. Le-a obligat sa se roteasca fara intrerupere in corpul nostru. Cu miliardele. Am punea sa le chemam tornade in miniatura. Sau nanomasini umane, asa cum le zice si Jacek Czub, profesorul care le studiaza de un an de zile, desi inca n-a putut sa le vada. Sunt mult prea mici chiar si pentru cel mai performant microscop.

„Ne vom juca de-a Dumnezeu! Nu foarte tarziu in viitor”

...spune profesorul Czub in timp ce merge grabit pe holurile intunecate ale Institutului Max Planck pentru Chimie Biofizica din Gottingen. E imbracat banal. Nu poarta halat alb si nu l-a vazut nimeni de-aici jucandu-se cu eprubete. Face parte dintr-o clasa moderna de cercetatori, cei care cred ca omenirea va crea in curand organisme pregatite sa se reproduca singure. Si-a inceput studiile in tara lui, Polonia, in orasul Gdansk. Dar s-a mutat in Germania, pentru ca a simtit ca acolo ar avea mai multe sanse.

Profesorul Czub nu deloc e savantul clasic pozat in manualele de la scoala. E biochimist. Dar uneltele sale nu sunt nici paharele Berzelius, nici pipetele, si nici trusele de disectie. Toate acestea ar fi ineficiente in studiul sau. De fapt, nicio unealta obisnuita folosita in cercetare n-ar avea nici cea mai mica sansa in fata nanomasinii umane. Singurele care ii pot da de capat sunt supercomputerele. Daca lucreaza mai multe impreuna. Cu ele, profesorul Czub incearca sa simuleze miscarea nanomasinii. Daca afla cum se misca, poate sti si cum sa o modifice.

Tornadele in miniatura studiate de el ar putea revolutiona medicina. Ganditi-va numai la vaccinuri sau medicamente fara efecte secundare sau la boli incurabile de care am putea scapa fara durere. "Scopul final este sa cream o nanomasina care sa o imite pe cea biologica pe care o studiez. Si sa o folosim, de pilda, pentru a transporta medicamente catre celule bolnave", spune profesorul Czub. Peste cativa ani, el, sau altcineva, le-ar putea arata nanobotilor cum sa gaseasca tumorile canceroase si cum sa le atace. Iar intr-un deceniu, de ce nu, am putea repara pancreasul unui bolnav de diabet sau am putea construi organe artificiale.

O nanomasina cu 1001 secrete

"Ceea ce fac, fac din entuziasm, din curiozitate", spune cercetatorul, cu modestie. Nu s-a lasat niciodata cuprins de importanta studiilor sale. Nu-i place sa i se zica "doctor", desi si-a cam tocit coatele pentru titlu. I se pare ca suna pompos. Asa ca i-a invatat pe toti de la institut sa-l strige pe numele mic: Jacek.

La el in birou sunt zeci de foi cu calcule. Toate asezate intr-o ordine militareasca. Iar pe calculator sunt salvate sute de poze cu nanomasina in diferite ipostaze. De fapt, robotul biologic pe care il studiaza e o proteina. Una miscatoare, unica prin mecanism si proprietati. E... un fel de motor rotitor construit dintr-o singura molecula. Un motor prins in mitocondriile celulelor, adica in "centralele electrice". Acolo, s-ar roti ca o tornada, si asa ar reusi sa produca energie.

Proteina lui Jacek e descrisa mai putin plastic in lucrarile de specialitate. I se spune F-ATPaza. A fost observata, ce-i drept neclar si static, la microscop cu 10 ani in urma. Insa de atunci, mare lucru despre comportamentul ei nu s-a aflat. "Se rasuceste, si pentru asta trebuie miscata de ceva din exterior. Energia ei de rotatie se transmite, cumva, partii sale imobile, pentru a se face sinteza ATP-ului. Dar, aceste lucruri se stiu deja. Ceea ce trebuie stabilit este mecanismul ei exact", spune Jacek.

5.000 de microprocesoare in slujba stiintei

Sa incerci sa reproduci cu ajutorul computerului miscarea unei proteine mari, de talia celei cu care lucreaza cercetatorul polonez, e o treaba delicata. "In primul rand, trebuie sa ii spui aparatului unde se afla fiecare atom. Apoi, creezi un spatiu virtual in care inconjuri molecula cu apa si adaugi cativa ioni, pentru ca experimentul sa semene cu realitatea. Pe urma, e treaba calculatorului. El foloseste legile miscarii ale lui Newton pentru a prezice cum va evolua sistemul in timp", spune omul de stiinta. La o prima vedere, totul pare simplu: calculatoarele analizeaza in fiecare moment toate fortele care intervin intre toti atomii: legaturi covalente, de hidrogen, van der Waals, forte Coulomb.

Odata ce computerul preia puterea, iar departamentul de simulari pe calculator al Institutului Max Planck pentru Chimie Biofizica are la dispozitie 5.000 de microprocesoare, munca pare a fi pe jumatate gata. Sa nu credeti insa ca o simulare pe calculator se face instant. "Trebuie sa treaca luni de zile pana cand computerele reusesc sa deseneze a miliarda parte dintr-o secunda din viata proteinei", spune Jacek. Simularea principala a lui Jacek a pornit cu o jumatate de an in urma. Orice eroare, cat de mica, in datele de intrare inseamna o jumatate de an de munca in zadar.

Cercetatorul polonez e obisnuit sa astepte pana calculatoarele maruntesc ecuatiile pentru fiecare atom in parte. Modeleaza dinamic proteine de mai bine de sapte ani. In ultima perioada, sprijin de nadejde i-a fost programatorul german Carsten Kutzner, care l-a ajutat sa supuna nanomasina mai multor teste de anduranta, pentru a-i studia comportamentul. "De fapt, incercam in paralel diferite simulari, mai lungi sau mai scurte. Uneori chiar o suta. Studiem proteina in echilibru, dar incercam si sa <> de capetele ei, sa vedem cat de elastica e si ce pateste", spune Jacek. Evita sa intre in detalii. Concurenta in lumea oamenilor de stiinta e mare, iar studiile sale n-au vazut inca lumina tiparului.

Daca va fi aflat, secretul proteinei ar putea deschide noi cai in medicina si tehnologie, e convins Jacek. Lucrarile sale, deocamdata pura teorie, au sansa sa schimbe ceva in bine. Dar, indiferent cat de departe va ajunge cu studiile sale, isi va pastra capul pe umeri. "Tehnologia cu care lucram, da, este avansata, insa nu facem magie, ci stiinta pura, mecanica clasica. Newton a descoperit ecuatiile astea cu mult timp in urma".