Bakteriya Nanogözenəklərində Beyin Sinapsına Bənzər Öyrənmə Qabiliyyəti Tapıldı

Gözenək əmələ gətirən zülallar bütün canlı orqanizmlərdə geniş yayılıb. İnsan orqanizmində onlar immun müdafiə üçün həyati əhəmiyyət daşıyır, bakteriyalarda isə tez-tez hüceyrə membranlarını deşən toksinlər kimi fəaliyyət göstərirlər. Bu mikroskopik gözenəklər ionların və molekulların membrandan keçməsinə icazə verərək, hüceyrə daxilindəki molekulyar axını idarə edir. Onların böyük dəqiqliyi və nəzarət qabiliyyətinə görə, alimlər onları DNT ardıcıllığının müəyyən edilməsi və molekulyar duyğulama kimi biotexnologiya sahəsində geniş istifadə edirlər. Buna baxmayaraq, bioloji nanogözenəklər bəzən mürəkkəb və nizamsız davranır. İonların onlardan necə keçdiyi və ya ion axınının niyə tamamilə dayandığı hələ də tam anlaşılmır. Əsasən iki qəribə davranış alimləri uzun müddət düşündürürdü: **düzləndirmə (rectification)** və kəsmə (gating).

Düzləndirmə, tətbiq edilən gərginliyin işarəsindən (müsbət və ya mənfi) asılı olaraq ion axınının istiqamətinin dəyişməsi deməkdir. Kəsmə isə ion axınının qəfildən azalması və ya tamamilə dayanması ilə əlaqədardır. Bu effektlər, xüsusən də kəsmə hadisəsi, nanogözenək əsaslı duyğulama sistemlərində problemlər yaradır və onların izahı çətin qalırdı. EPFL-də çalışan Matteo Dal Peraro və Aleksandra Radenoviçin rəhbərlik etdiyi tədqiqat qrupu, indi bu iki effektin arxasında duran fiziki mexanizmləri müəyyənləşdirdi. Onlar təcrübələri, simulyasiyaları və nəzəri modelləşdirməni birləşdirərək, həm düzləndirmənin, həm də kəsmənin səbəbinin nanogözenəyin öz elektrik yükləri və bu yüklərin gözenəkdən keçən ionlarla qarşılıqlı əlaqədə olmasından qaynaqlandığını aşkar etdilər. Bu tapıntı **nanogözenəklərin fəaliyyət prinsiplərini** daha dərindən başa düşməyə imkan verir.

Komanda duyğulama araşdırmalarında tez-tez istifadə edilən aerolizin adlı bakterial gözenəyi tədqiq etdi. Onlar gözenəyin daxili divarlarını əhatə edən yüklü amin turşularını dəyişdirərək, hər biri fərqli yük nümunəsinə malik 26 nanogözenək variantı yaratdılar. Fərqli şərtlər altında ionların bu dəyişdirilmiş gözenəklərdən necə keçdiyini müşahidə edərək, əsas elektrik və struktur amillərini müəyyən etdilər. Zamanla bu effektlərin necə inkişaf etdiyini öyrənmək üçün alimlər nanogözenəklərə növbəli gərginlik siqnalları tətbiq etdilər. Bu yanaşma onlara sürətli baş verən düzləndirməni yavaş inkişaf edən kəsmə hadisəsindən ayırmağa kömək etdi. Araşdırmalar göstərdi ki, düzləndirmə səthi yüklərin ion hərəkətinə təsirindən yaranır və ionların bir istiqamətdə daha asan axmasına şərait yaradır, bu da bir istiqamətli klapan kimi fəaliyyət göstərir. Əksinə, kəsmə isə güclü ion axını yük balansını pozduqda və **nanogözenəyin strukturunu müvəqqəti olaraq dağıtdıqda** meydana gəlir. Bu çöküş sistem sıfırlanana qədər ionların keçidini dayandırır.

Aşkarlanıb ki, hər iki effekt nanogözenəyin daxilindəki elektrik yükünün növündən və dəqiq yerləşməsindən asılıdır. Tədqiqatçılar yükün işarəsini dəyişdirməklə kəsmənin baş vermə anını idarə edə bildilər. Gözenəyin sərtliyini artırdıqları zaman kəsmə tamamilə dayandı. Bu, strukturun çevikliyinin bu hadisənin əsas şərti olduğunu təsdiqlədi. Bu nəticələr, xüsusi xüsusiyyətlərə malik bioloji nanogözenəklərin yaradılması üçün yeni imkanlar açır. Alimlər artıq duyğulama tətbiqlərində arzuolunmaz kəsməni azaldan gözenəklər hazırlaya bilər, ya da əksinə, kəsmə xüsusiyyətini bio-ilhamlı hesablama üçün qəsdən istifadə edə bilərlər. Nümayişlərdən birində, qrup sinaptik plastikliyi təqlid edən, yəni bir neyron sinapsı kimi gərginlik impulslarından "**öyrənən**" bir nanogözenək yaratmağa nail oldu. Bu kəşf göstərir ki, gələcək ion əsaslı prosessorlar bir gün yeni hesablama formalarına güc vermək üçün bu molekulyar "öyrənmə" qabiliyyətindən istifadə edə bilərlər.