Среди ценных экспонатов Wellcome Library в Лондоне имеется грубый набросок карандашом, сделанный еще в 1953 году Фрэнсисом Криком. Чертеж – двойная спираль – впервые раскрывает тайну структуры ДНК – основу основ живой формы на Земле.
Однако, мало кто мог предположить, что уникальные свойства ДНК к самовоспроизведению и способность быть в качестве универсального информационного носителя могут быть использованы в различных технологиях. Дж. Уотсон и Ф. Крик о таком даже и не мечтали, вероятно, как и сама природа.
В новом исследовании приняли участие специалисты из Аризонского университета (Arizona State University, ASU) и Бэйлорского Медицинского Колледжа (Baylor College of Medicine). Марк Бэйс (Mark Bathe), Хао Ян (Hao Yan) и Ва Чиу (Wah Chiu) опубликовали в журнале Science новый метод создания любых геометрических объектов из ДНК-цепей. Технология, известная как ДНК-оригами, базируется на принципе комплементарности (взаимосоответствия) оснований ДНК, что позволяет сооружать крошечные 2D- и 3D-структуры.
Японский Дедал
В основе ДНК-оригами лежит древний японский метод складывания бумаги, только процесс осуществляется на молекулярном уровне. Принцип прост: необходимо взять длинный основной фрагмент ДНК и с помощью коротких цепочек ДНК придать ему желаемую форму. Они связываются с длинной нитью только в определенных местах, соединяясь нуклеотидами по принципу комплементарности: адениновый нуклеотид (А) с тиминовым (Т), а цитозиновый (С) с гуаниновым (G).
Особая ценность предложенного способа заключается автономности, то есть создание моделей происходит без особого участия человека. Сотрудники из Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology, MIT), во главе с Марком Бэйсом, разработали уникальную компьютерную программу – DAEDALUS (DNA Origami Sequence Design Algorithm for User-Defined Structures). Для проектирования наноструктуры ДНК необходимо лишь указать желаемую форму объекта.
Другие миры
С помощью DAEDALUS ученые могут создать практически любую фигуру с удивительной точностью на молекулярном уровне. А специальные методы визуализации (электронная микроскопия) позволяют продемонстрировать полученных результат. К слову, нанометр – это одна миллиардная часть метра, сравнимо с диаметром молекулы глюкозы.
Данная методика обещает существенно расширить диапазон возможных применений ДНК-оригами в молекулярной биологии и нанотехнологиях. Например: способ прицельно-точной доставки лекарственных средств, выполнение особых медицинских и промышленных манипуляций, разработка оптических устройств. Одним из наиболее интересных направлений является использование ДНК в качестве носителя информации. Так, 1 грамм ДНК может хранить около 700 терабайт информации, что эквивалентно 14 000 50-гигабайтных Blu-ray дисков.
Ученые уже смогли собрать как простые ДНК-оригами, так и сложные, которые до этого момента создать технологически было невозможно. Проведенные эксперименты подтвердили, что произведенные ДНК-модели были потенциально пригодны для биологического применения, так как проявили стабильность в сыворотке крови и в условия низкого содержания соли.
Исследование открывает путь для развития наноразмерных систем, которые будут имитировать свойства вирусов и других сложноорганизованных систем естественной эволюции.
Источник: Phys.org
