Molekültransport: Wie Forscher an Schienennetzen, Weichen und Waggons aus Proteinen bauen

Winzige Roboter, noch viel kleiner als Bakterien, könnten in Zukunft all das produzieren, was die Menschheit so braucht. Ebenso kleine Computer leiten den Molekültransport und setzen Stück für Stück Nahrungsmittel, Möbel, Autos oder komplette Häuser zusammen.
Dieser Vison der Nanotechnik, die an Science-Fiction-Serien wie Star-Trek mit Replikatoren oder Beam-Vorgängen erinnert, ist die Physikerin Viola Vogel von der Washington State University jetzt einen entscheidenden Schritt näher gekommen, indem sie das bislang größte Problem löste: Den Molekültransport. Mit dem von ihr entwickelten kleinsten Schienen-Transportsystem der Welt eröffnet sich zum ersten Mal ein Weg für gezieltes molekulares Bauen mit Hilfe von Nanomaschinen für den Molekültransport.

Um den bislang kleinsten Zug zu konstruieren, orientierte sich die Wissenschaftlerin an Nervenzellen, wo der Transport kleinster Lasten besonders wirkungsvoll organisiert ist: Winzige Moleküle – beispielsweise Proteine – schaffen chemische Substanzen im Eiltempo von Ort zu Ort.

Als Mikrolokomotive für den Molekültransport verwendete die Physikerin das Protein Kinesin – mehrere Hundert Milliarden Kinesine sind so stark wie ein Muskel, der ein Kilogramm heben kann. Unter Energieverbrauch kann das Protein abwinkeln, vergleichbar mit einem winkenden menschlichen Arm.  

Die erste Fracht, die an den Nano-Waggons befestigt wurde, war ein fluoreszierender Farbstoff. Dank seiner Leuchtkraft konnte man per Mikroskop verfolgen, welchen Weg die Züge nahmen. Demnächst werden Fahrwege mit Kurven, Kreuzungen und Weichen errichtet. Damit stehen die Nanofabirken an der Schwelle zwischen Labor und Markt.

Diese starken Ärmchen wurden von der Physikerin auf einen Schienenstrang montiert: Wie Leitplanken helfen sie den Waggons, die Richtung einzuhalten. Kommt nun auf diesem Nanostreckennetz ein Waggon daher, gibt ihm jedes der beweglichen Kinesine am Weg einen winzigen Schubs – und die Protein-Bahn steht unter Dampf für den Molekültransport. Als Treibstoff verwendet Vogel ATP, einen universellen Energielieferanten in Zellen.