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

Картина из ДНК

«Звездную ночь» Ван Гога воссоздали с помощью ДНК-оригами

Владимир Королёв, N+1

sterrennacht.jpg

Химики из Калифорнийского технологического института воспроизвели картину «Звездная ночь», используя ДНК-оригами. Для этого ученые разработали технологию, позволяющую размещать на поверхности фотонных кристаллов заранее определенные количества люминофоров. Молекулы ДНК в ней играют роль адаптеров, на которых крепились молекулы красителей. Исследование опубликовано в журнале Nature (Gopinath et al., Engineering and mapping nanocavity emission via precision placement of DNA origami), кратко о нем сообщает Gizmodo (Here's Van Gogh's Starry Night Recreated with 'DNA Origami').

sterrennacht1.jpg
Фрагмент воссозданной картины (здесь и ниже рисунки из статьи в Nature)

ДНК-оригами – техника, позволяющая создавать из длинных молекул ДНК нанообъекты с запрограммированными свойствами: формой и расположением функциональных участков. В ее основе лежит принцип комплементарности, описывающий строение двухцепочечной ДНК. Эти биомолекулы – длинные нити, на которых располагается четыре типа «бусин», азотистых оснований, – аденин, гуанин, цитозин и тимин. В двойной спирали напротив аденина может быть только тимин, а напротив гуанина – только цитозин.

Зная расположение оснований в одноцепочечной молекуле ДНК, можно подобрать для нее набор коротких «скрепок», которые заставят цепочку компактно сложиться, например, в плоский лист. Как отмечает создатель технологии, Пол Ротмунд из Калтеха, на разработку и синтез этих «скрепок» уходит около двух недель, а сам процесс создания оригами занимает несколько часов, после смешивания компонентов в растворе. Десять лет назад химик из кольцевой молекулы ДНК бактериофага М13 создал несколько простых геометрических форм – треугольников, звезд, прямоугольников и смайликов.

sterrennacht2.jpg

Принцип сборки ДНК-оригами и создания фотонного кристалла (верхний и средний ряд). Нижний ряд: способ крепления оригами к фотонному кристаллу (за счет карбоксильных групп) и микрофотографии оригами на поверхности кристалла. В правом нижнем углу – спектр отражения области, к которой прикреплена молекула с люминофором.

В новой работе Ротмунд и его коллеги использовали технику ДНК-оригами для того, чтобы направленно прикрепить молекулы люминофоров к поверхности двумерного фотонного кристалла. Кристалл представлял собой упорядоченную структуру, напоминавшую соты. Для его изготовления ученые применили метод травления поверхности с помощью пучка электронов. По замыслу авторов, оригами с красителем должны были располагаться в специальных областях, в которых структура сот нарушалась – отсутствовали три расположенные рядом углубления. Чтобы молекулы эффективно связывались с областями, ученые активировали на них, в процессе изготовления, до семи участков. В зависимости от расположения прикрепленных люминофоров менялась интенсивность свечения отдельных частей кристалла.

sterrennacht3.jpg
Зависимость свечения люминофора от положения оригами внутри «посадочной площадки»

Для демонстрации технологии авторы решили воспроизвести в одноцветном варианте картину «Звездная ночь» Винсента ван Гога. Как рассказал Эшвин Гопинатх (Ashwin Gopinath), соавтор работы, на это его вдохновила одна из серий «Доктора Кто» («Винсент и Доктор»), кроме того, ему всегда нравилась эта картина. За основу для воссоздания ученые выбрали снимок картины, опубликованный в Wikipedia. Всего авторам потребовалось создать 65 536 «посадочных площадок» для треугольных оригами-молекул с люминофорами.

sterrennacht4.jpg
Расположение оригами-адаптеров в полостях. 
Тестовые эксперименты по передаче цвета и «Звездная ночь»

Зависимость свечения люминофоров от места их крепления – важный эффект, позволяющий изучить внутреннюю зонную структуру фотонного кристалла, и, в частности, наглядно показать локальную плотность состояний в нем. Авторы отмечают, что благодаря этой технике можно будет исследовать необычное явление – сверхизлучение. Это процесс, в результате которого большое количество светоизлучающих объектов (люминофоров или возбужденных атомов) могут синхронизировать испускание фотонов. Ученые сравнивают его со спонтанной синхронизацией нескольких метрономов, стоящих рядом. Хотя теоретически сверхизлучение было описано 55 лет назад, существует немного его экспериментальных проверок.

Техника ДНК-оригами находит применение в различных областях, начиная от материаловедения и заканчивая медициной. Так, с помощью этой техники удалось преодолеть лекарственную устойчивость рака крови. ДНК-оригами использовали для создания манипулятора, сближающего и удаляющего между собой молекулы на заданное расстояние с точностью до 0,4 ангстрем, а также специальных контейнеров и ножниц. Технология позволяет создавать и трехмерные объекты, например, химики из Университета Аризоны сложили из ДНК курносый куб.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
 13.07.2016


Читать статьи по темам:

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

Читать также:

ДНК-накопители: очередной рекорд

Сотрудники компании Microsoft совместно с учеными из Вашингтонского университета сохранили в форме нуклеиновой кислоты более 200 мегабайт данных.

читать

Синтетическая биология в Сибири

Новосибирские ученые разработают клеточные линии, на которых смогут тестировать новые лекарства. В перспективе искусственные клетки будут использовать для лечения болезней.

читать

Безошибочная транскриптаза

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

читать

Аналогово-цифровые преобразователи на основе ДНК

Исследователи из MIT разработали синтетические генные «схемы», в которых реализована комбинация технологий аналоговых (непрерывных) и цифровых (дискретных) вычислений.

читать

50 оттенков биотехнологий

Стенограмма лекции популяризатора науки, кандидата биологических наук, старшего научного сотрудника Института проблем передачи информации РАН, члена Совета Фонда «Эволюция» Александра Панчина.

читать