Ученые собрали коробочки из ДНК, Hi-Tech

Коробочки из ДНК. Оранжевым и фиолетовым показаны молекулы замка. Изображение Ebbe S. Andersen, Aarhus University

Ученые "научили" молекулы ДНК самоорганизовываться в сложные трехмерные структуры. Статья с описанием новой технологии опубликована в журнале Nature. Коротко методика и получившиеся конструкции описаны на портале Nature News.

ДНК является популярным строительным материалом для создания разнообразных структур наноразмера. Цепи ДНК определенной последовательности способны спариваться друг с другом, образуя относительно прочные связи. Необходимое количество молекул ДНК легко может быть получено в бактериальных или вирусных системах (бактерии или вирусы можно "запрограммировать" на синтез нужных последовательностей). Технологии сборки двух- и трехмерных конструкций из нуклеиновых кислот получили название ДНК-оригами.

Авторы нового исследования решили "построить" из ДНК коробочки с крышками. Сборка должна была происходить в два этапа. На первой стадии исследователи планировали получить плоские листы из молекул нуклеиновых кислот, а на второй - склеить их вместе при помощи коротких кусочков ДНК. Чтобы листы соединились с образованием нужной структуры, ученым необходимо было рассчитать, последовательность нуклеотидов (отдельных "кирпичиков", из которых состоит ДНК) всех используемых молекул ДНК. Подобрать необходимую последовательность ученые смогли при помощи специально написанной компьютерной программы. Итоговый вариант содержал много комплементарных последовательностей - таких, которые спариваются друг с другом.

После того как все отрезки ДНК были синтезированы, исследователи просто смешали их вместе в подходящем растворителе (в случае ДНК можно использовать воду). В течение нескольких часов в пробирках собрались коробочки размером 42х36х36 нанометров. Коробочки закрывались откидными крышками. Ученые также разработали ДНК-замки, которые плотно запечатывали крышку. Часть молекул замка была соединена с крышкой, часть со стенкой. Нити ДНК-замка спариваются друг с другом, запирая коробочку. Чтобы отпереть замок, необходимо добавить в раствор последовательность-ключ. Спаривание между ключом и замком сильнее, чем между молекулами замка, поэтому запечатывающая крышку пара нитей ДНК распаривается.

Ученые считают, что ДНК-"тара", подобная созданным ими коробочкам, может быть использована для доставки лекарственных веществ к органам и тканям. Крышка с замком предотвратит преждевременное высвобождение "посылки". Тем не менее, авторы признают, что перед началом практического использования ДНК-коробочек необходимо провести ряд дополнительных исследований. В частности, проверить, будет ли крышка стабильно открываться при появлении ключа, и убедиться, что сама коробочка устойчива и не приносит вреда тканям организма.