Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • medtech
  • ММИФ-2018
  • Vitacoin

ДНК-оригами выросли в 10 раз

Химики на порядок увеличили размер одноцепочечного ДНК-оригами

Александр Дубов, N+1

С помощью методики оригами нуклеиновых кислот химики собрали самые большие структуры с заранее заданной геометрией из одноцепочечных молекул – в частности, удалось собрать ромб, сердечко и смайлик. В результате усовершенствованного подхода удалось получить ДНК-структуры из 10 тысяч нуклеотидов и РНК-структуры из 6 тысяч нуклеотидов, сообщают ученые в статье в Science (Han et al., Single-stranded DNA and RNA origami).

Single-stranded1.jpg
Рисунки из статьи в Science.

Структура нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) представляет собой цепочки, состоящие из нуклеотидов (аденин, цитозин и гуанин – в обеих кислотах, а также тимин, который встречается только в молекулах ДНК, и урацил – только в РНК). Из-за того, что нуклеотиды способны к образованию комплементарных связей друг с другом (гуанин – с цитозином, а аденин с тимином или урацилом), нуклеиновые кислоты способны формировать структуры двойной спирали, а также осуществлять процессы репликации, транскрипции и трансляции. Природу комплементарности связей химики решили использовать в методиках ДНК- и РНК-оригами для того, чтобы составлять из отдельных одиночных коротких участков молекул нуклеиновых кислот искусственные структуры заранее заданной формы и с нужным расположением функциональных групп, складывая полимерные цепочки и фиксируя эти складки с помощью специальных молекул-скрепок.

Обычно в оригами из нуклеиновых кислот используются молекулярные петли из довольно коротких цепочек, которые потом соединяются вместе в одну общую структуру размером в несколько десятков нанометров. Те же функциональные структуры, которые удавалось полностью собрать из одиночных молекул, содержали в себе только от 80 до 660 нуклеотидов. В одном из экспериментов удалось сложить в восьмиугольник цепочку сразу из 1669 нуклеотидов, но для этого использовались четыре вспомогательных, более коротких молекулы.

Группа химиков из США, Германии, Франции и Китая под руководством Пэн Иня (Peng Yin) из Гарвардского университета разработала методику, с помощью которой большие нанометровые структуры нужной геометрии можно собирать из всего одной длинной одноцепочечной (англ. single strand) молекулы нуклеиновой кислоты (в своей работе ученые рассмотрели и ДНК, и РНК).

Single-stranded2.png

Схема узлов для фиксации нужной структуры, в которых между спиральными структурам происходит обмен участками цепочки. Снизу показана смоделированная схема разворачивания цепочки под действием внешней силы.

В основе предложенного механизма лежит возможность обмена цепочками нуклеиновых кислот между двумя спиральными структурами, в которых две цепочки связаны комплементарным связями. Авторы работы использовали два различных механизма обмена (параллельный и антипараллельный), что позволяет дополнительно скреплять структуру молекулы в нужных местах и жестко фиксировать геометрию всей системы. Микроструктуру образованных систем из нуклеиновых кислот авторы исследовали с помощью атомно-силового микроскопа.

В результате авторам работы удалось собрать системы различных заданных заранее геометрий из одноцепочечной ДНК в 10 тысяч нуклеотидов и одноцепочечной РНК в 6 тысяч нуклеотидов. Геометрию полученных наноструктур размером от 10 до 30 нанометров авторы работы изменяли в довольно широких пределах: это могли быть треугольники, параллелограммы, круги и фигуры в форме сердечек.

Single-stranded3.png

Структура «ДНК-смайлика» из одноцепочечной молекулы (слева), и микрофотографии полученных экспериментально структур, сделанные с помощью атомно-силовой микроскопии.

Кроме того, в своей работе химики показали возможность прикреплять к молекулам нуклеиновых кислот функциональные группы в нужных местах. С помощью такого подхода, например, круглые ДНК-структуры превратили в смайлики. 

Ученые отмечают, что системы, которые удается получать с помощью методики ДНК- и РНК-оригами уже значительно ближе к реальным приложениям. Авторы работы надеются, что предложенная методика из-за возможности воспроизведения в биологических условиях поможет получить одноцепочечные структуры, которые можно будет использовать, например, для наномедицины.

На прошлой неделе некоторые из ученых, входивших в коллектив авторов данной работы, вместе с коллегами из Германии и Франции опубликовали статью, в которой предложили обратный подход к ДНК-оригами – использование очень короткие молекулы ДНК, состоящие из всего нескольких десятков нуклеотидов. Системы из двух-трех таких молекул представляют собой «кирпичики», из которых, как из деталей конструктора, можно собирать большие и сложные трехмерные структуры.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru


Читать статьи по темам:

синтетическая биология биомолекулы Версия для печати
Ошибка в тексте?
Выдели ее и нажми ctrl + enter
назад

Читать также:

Гигантские скульптуры из ДНК

Химики улучшили методику сборки ДНК-оригами и получили cложные трехмерные объекты, содержащие до 30 тысяч деталей.

читать

Мона Лиза из ДНК

Метод ДНК-оригами позволил получить изображения нанометрового разрешения из 8704 пикселей площадью 0,5 квадратных микрон.

читать

Оригами из пептидов

Белки, состоящие из спиралей с заданными свойствами, способны формировать тетраэдры, пирамидки и призмы как в растворе, так и в живых клетках.

читать

Синтетические клетки прошли тест Тьюринга

Исследователи создали искусственные клетки настолько реалистичными, что обыкновенные «коллеги» не смогли заметить разницу во время химического «разговора».

читать

Безошибочная транскриптаза

Молекулярные биологи из Техасского университета в Остине создали искусственный фермент, который позволяет безошибочно копировать генетическую информацию.

читать