Игорь Лалаянц
Фото Reuters
Японское слово «оригами» означает бумагу и все то, что из нее можно сложить. Этим же словом один калифорнийский изобретатель назвал несколько лет назад самые разные структуры, которые можно выложить на плоскости из молекул ДНК.
Следуя этим путем, сотрудники Института биодизайна Аризонского университета в г. Тампе перешли в 3D-формат, изготовив из ДНК торы-бублики и эллипсоиды, сферы и чаши, вазочку с расширенной нижней частью и вытянутым горлом, а также плоские концентрические квадраты и диски с отверстиями в середине. Высота вазочки составляет 70 нанометров (нм), а ширина ее нижней части – 40 нм. Достоинством аризонской технологии является конструирование всех этих наночудес за счет самосборки двуцепочных молекул ДНК. Они сами укладываются на поверхности объектов-«мишеней».
Надо признать, что всему этому есть вполне реальный природный аналог под названием «нуклеосома». Она представляет собой протеиновый диск, на который в хромосоме намотана ДНК, которая делает 1,6 оборота. Именно в таком виде вещество наших генов «хранится» в хромосомах. При активации генов ДНК разматывается, и на нее садятся белки, осуществляющие считывание генов – молекулы РНК. Учитывая все это, можно «складывать» из достаточно длинных цепей ДНК самые разные дву- и трехмерные комплексы оригами.
Для удержания фигур необходимо ввести в синтетическую ДНК такие нуклеотиды, которые способны образовывать перекресты, или кроссоверы, разделяемые 21–32 нуклеотидами (от двух до трех полных оборотов естественной формы молекулы). Натуральные ДНК не столь гибки, как это требуется для молекулярного оригами. При получении плоских концентрических квадратов и колец число нуклеотидов между кроссоверами во внешних цепях должно быть больше, нежели во внутренних. Интересно, что расстояние между кроссоверами необязательно должно быть регулярным.
В зависимости от кривизны внутренних и наружных концентрических колец углы изгиба цепей могут варьироваться от 34 до 343 градусов. Под электронным микроскопом хорошо видны наноструктуры, например те же чаши, вогнутая полость которых имеет даже тень, отбрасываемую краями. Длина оси эллипсоида достигает 50 нм.
Все эти мелкие детали не только демонстрируют возможности ДНК как строительного материала для создания наноструктур, но также определяют перспективы дальнейшего развития метода ДНК-оригами. Трехмерные полости являются не только идеальными реакторами для проведения химических реакций с ничтожно малыми количествами реагентов, что позволит получать идеально чистые продукты, но также проводить быстрое «чтение» ДНК-последовательностей с минимальным уровнем ошибок. Помимо этого открываются перспективы и для микроэлектроники, создания сверхчувствительных и специфических биосенсоров и т.д. В общем, перспективы просто захватывающие.
Дарья Гармоненко