ДНК, яка складається як оріґамі, може допомогти медичним наноботам
ДНК орігамі
У 1953 році пара вчених назвала Джеймса Д. Уотсона і Френсіса Х.К. Крик - за допомогою даних, наданих дослідженнями іншого вченого Розалінди Франклін, - успішно змоделював структуру ДНК в перший раз. З тих пір, коли ми думаємо про ДНК, ми зазвичай уявляємо подвійну спіральну, подібну сходах структуру, про яку говорили Франклін, Уотсон і Крик.
Однак тепер ми знаємо, що ця класична конфігурація не є єдиним способом структурування ДНК. Фактично, вчені взяли на складання ДНК в нові форми - метод, який вони назвали «ДНК орігамі». Як випливає з назви, вчені ДНК орігамі створили кілька різних форм, використовуючи нитки ДНК, в тому числі серця, трикутники і навіть смайлик особа emoji.
Команда вчених з університету Арізони державного університету (АМУ) і Гарвардського університету (HU) взяла ДНК Origami на новий рівень і тепер створює «одноцепочечниє орігамі» (ssOrigami), використовуючи одну довгу спагетті-локшину ДНК. Пасмо здатна багаторазово складатися без утворення єдиного вузла і знаменує значний прогрес в нанотехнології ДНК. ДНК Орігамі в формі серця (зліва) і ромба (праворуч).
Зображення: ASU Biodesign Institute
ДНК - це не єдина молекула, з якої вчені здійснили подвиг, оскільки РНК також може бути використана. Раніше існували тільки два способи створення структур ДНК / РНК з обмеженими розмірами: перший включав використання молекулярного цегли; менші і набагато більш короткі нитки ДНК, які можна було б складати разом. Друга - це лісова ДНК, яка вимагає використання вторинної допоміжної ДНК-ланцюга для надійної установки первинної ДНК на місце.
«Ключовим нововведенням нашого дослідження є використання ДНК і РНК для побудови структурно складної, але нерозбірливою структури, яка може бути згладжена плавно з однієї нитки», - сказав Хао Янь, співавтор технології та директора Інститут молекулярної дизайну і биомиметика Інституту біотехнології ASU. «Це дало нам стратегію проектування, яка дозволила нам скласти одну довгу нитку в складну архітектуру».
Як тільки команда змогла зрозуміти, як РНК створює структури, вони приступили до розробки повністю програмованої одноцепочечной архітектури орігамі. Використовуючи новий алгоритм і зручний програмний інструмент, вони створили серію структур ДНК Орігамі: чотири ромба і дві форми серця.
Нові форми наномедицини
Ян пояснює, що він бачить новий розвиток як нову можливість для синтетичної біології, яка готова до використання. Зусилля Яна і його команди можуть одного разу призвести до розробки і виробництва наноботов, здатних доставляти ліки в клітини на місце ушкоджень, що схоже на ідею, яка вже вивчається для видалення ракових клітин.
Найкраще, єдина нітра ДНК, яка використовується для створення ДНК орігамі, може бути проведена всередині живих клітин. Команда продемонструвала це, вставивши ДНК в плазміду, яка раніше була поміщена в клітини бактерій E. coli.
«Оскільки плазмидную ДНК можна легко реплицировать в E. coli, виробництво можна збільшити шляхом вирощування великого обсягу клітин E.coli з низькою вартістю», пояснив Ян. ДНК з однією ниткою також може бути отримана з нуля в лабораторіях, хоча цей процес буде більш дорогим.
Йдучи вперед, є потенціал, щоб зробити структури ssOrigami всередині клітин, відмовившись від необхідності проводити ДНК з однією ниткою заздалегідь. За словами Яна, кращої ситуацією буде послідовність РНК, призначена для транскрипції всередині бактерій. У той час як всередині, РНК-пасмо буде самосгібаться і створювати форму орігамі. Звідти бактерії могли використовуватися як завод для виробництва більшої кількості структур ДНК і РНК.
«Ми дійсно збільшили складність, зменшуючи витрати, - уклав Ян. «Це дослідження значно розширює простір для проектування і масштабованість для нанотехнологій від низу до верху і відкриває двері для додатків для здоров'я».
Література: Еурекалерт, Державний університет Арізони, Наука
