Наношкатулки

 


Уникальная способность фрагментов ДНК связываться с комплементарными им последовательностями давно возбуждает умы ученых мужей.

Это удивительное свойство, лежащее в основе наследственности, нашло применение и в областях, далеких от биологии, клеток и генов. На основе правильно подобранных, частично комплементарных друг другу наборов олигонуклеотидов можно конструировать нанообъекты заданной формы, которые чудесным образом собираются «снизу вверх» из линейных предшественников.

Конструирование из ДНК оказалось весьма увлекательным занятием и даже получило название – ДНК-оригами. Теперь возможности ученых ограничены только собственной фантазией – вот и стараются, придумывают, что бы такое сложить замысловатое и полезное, а не просто улыбающиеся рожицы.

Датские ученые, например, перешли к конструированию трехмерных объектов и создали настоящую наношкатулку. Собирают эту конструкцию из одной длинной молекулы ДНК, которую скрепляют при помощи коротких синтетических олигонуклеотидов, придавая желаемую форму. В качестве длинной ДНК ученые выбрали ДНК бактериофага М13: это кольцевая одноцепочечная ДНК длиной 7349 нуклеотидов. Сборка шкатулки осуществляется последовательно. Сначала добавляют те олигонуклеотиды, которые помогают сформировать грани. Затем эти грани соединяют друг с другом при помощи другого набора фрагментов ДНК. При этом можно «сшить» не все грани, оставив одну (или даже две) в качестве крышки для наношкатулки. Самое сложное - это правильно подобрать последовательности олигонуклеотидов (это делается при помощи специальной компьютерной программы), остальное происходит "само собой".

Особый шик шкатулке придает нанозамочек. Он представляет собой два комплементарных фрагмента ДНК (опять они!). Первая половина замочка связана с крышкой, вторая – со стенкой шкатулки. Одна цепь немного длиннее другой, так что после формирования двойной спирали у замочка остается «липкий конец». Шкатулка при этом закрыта. Отпирается замочек при помощи все того же комплементарного связывания (без него никуда). Ключом служит короткая последовательность ДНК, которая полностью, включая «липкий конец», комплементарна длинной половине замочка. Она связывается сначала с выступающим фрагментом ДНК, а затем и со всей длинной половиной замочка, вытесняя вторую цепь из комплекса и открывая крышку. За этим процессом исследователи наблюдали по изменению флуоресценции хромофора. В случае, когда крышка закрыта, два флуорофора, Cy5 и Cy3, находятся и в непосредственной близости друг от друга, и при возбуждении Cy3 благодаря флуоресцентному резонансному переносу энергии (FRET) наблюдается красная флуоресценция Cy5. После добавлениия "ключа" приблизительно через минуту крышка открывается, красители оказываются далеко друг от друга, и при возбуждении Cy3 наблюдается его зеленая флуоресценция.

Таким образом, получившиеся шкатулки можно закрывать и открывать контролируемым образом и, что кажется исследователям особенно важным, это можно делать в физиологических условиях (например, в живых клетках). В мечтах они уже поместили в наношкатулку и рибосомы, и ферменты, и вирусы. Замочек же можно подобрать таким образом, чтобы ключик, скажем, имелся лишь у определенных клеток. Нафантазировать тут можно много – только успевай проверять.

Работа "Self-assembly of a nanoscale DNA box with a controllable lid" опубликована в Nature.

Источник: Нанометр. Нанотехнологическое сообщество