Britští a lucemburští vědci shrnují pokrok ve výzkumu molekulárních motorů a ratchet mechanismů

Vědecký tým z Velké Británie a Lucemburska zveřejnil 20. července 2026 článek shrnující dosavadní poznatky o molekulárních ratchetech a motorových proteinech, které se snaží napodobit pohyb pozorovaný v živých organismech. Na výzkumu se podílejí David Leigh z University of Manchester, Stefan Borsley z Durham University, Massimiliano Esposito z University of Luxembourg, Eric Smith a Praful Gagrani.

Molekulární stroje fungují na principu přeměny chemické energie na směrovaný pohyb – podobně jako to dělají bílkoviny uvnitř buněk, které umožňují svalovou kontrakci, transport látek či dělení buněk. Vědci se dlouhodobě snaží tyto přirozené mechanismy replikovat uměle, s cílem vytvořit nanotechnologické systémy schopné vykonávat užitečné úkoly – například stahovat polymerní gely nebo přesouvat molekuly na požadovaná místa.

Klíčovým konceptem v tomto výzkumu je takzvaný ratchet mechanismus, tedy princip, který zajišťuje, že chemické reakce probíhají přednostně jedním směrem, čímž vzniká usměrněný pohyb namísto náhodného chvění molekul. Historicky tento princip poprvé experimentálně demonstroval v roce 1999 nizozemský chemik Ben Feringa se svými kolegy. Jejich práce položila základ pro pozdější vývoj syntetických molekulárních motorů.

Na tento výzkum později navázal Stefan Borsley, který v roce 2022 se svým týmem prokázal, že ratchet pohyb lze vyvolat přímo v rámci uzavřeného chemického cyklu. O tři roky později, v lednu 2025, Borsley a spolupracovníci z Velké Británie a Francie demonstrovali, že tento mechanismus dokáže způsobit skutečnou fyzikální změnu na makroskopické úrovni – konkrétně kontrakci polymerního gelu, což ukazuje na praktický potenciál těchto systémů.

„Molekulární ratchety mohou být základem funkční nanotechnologie, protože taková nanotechnologie již existuje, že? Jmenuje se biologie,“ uvedl Stefan Borsley. Tato citace shrnuje filozofii, která stojí za celým výzkumným směrem – snahu pochopit a napodobit mechanismy, které příroda dokonale vyladila během miliard let evoluce.

Teoretickou stránku problému se ve své práci zabývá Massimiliano Esposito, který analyzuje buněčný metabolismus prostřednictvím teorie chemických reakcí a termodynamiky. Jeho přístup umožňuje popsat energetické toky a účinnost molekulárních procesů matematickým jazykem, což pomáhá vysvětlit, proč a jak biologické motory dosahují tak vysoké efektivity ve srovnání s uměle vytvořenými systémy.

Spojení experimentálního výzkumu Leigha a Borsleyho s teoretickým rámcem Esposita představuje interdisciplinární přístup, který má potenciál posunout obor molekulární nanotechnologie blíže k praktickým aplikacím. Cílem je vytvořit umělé systémy, které by dokázaly efektivně a spolehlivě vykonávat úkoly na úrovni jednotlivých molekul – od transportu látek přes mechanickou práci až po případné využití v medicíně nebo materiálovém inženýrství.

Výzkum molekulárních strojů zůstává jednou z nejperspektivnějších oblastí chemie a nanotechnologie. Ačkoliv první praktické aplikace jsou stále vzdálenější metou, postupné kroky – od Feringova objevu ratchet mechanismu přes Borsleyho demonstrace chemických cyklů až po kontrakci gelů v roce 2025 – ukazují, že vědci se systematicky přibližují k vytvoření funk