Из ДНК сделали нанокорзинку

Исследователи нашли способ создания из ДНК самых причудливых структур. Для этого нужно было лишь научиться складывать молекулу ДНК саму на себя под прямым углом.

Уникальность ДНК не только в том, что она хранит информацию, необходимую для создания и поддержания жизни. ДНК — это ещё и на удивление пластичная молекула, физико-химические параметры которой позволяют ей принимать самые разные формы. Мы большей частью знаем её как двойную спираль. Однако физики и химики давно занимаются тем, что вьют из ДНК самые разные и самые причудливые пространственные объекты, никаким живым организмам даже не снившиеся.

Сдвиг из обычного креста в 60 градусов, который ДНК делает сама по себе, в искусственный прямой угол, необходимый для устойчивости наноструктуры (здесь и далее иллюстрации авторов работы).

Исследователи из Университета штата Аризона (США) под руководством Хао Яня создали из ДНК нечто совсем невиданное, напоминающее проволочную круглую корзинку. «Совсем невиданное» — отнюдь не преувеличение: такой сложной структуры на основе ДНК создать ещё не удавалось. Основным структурным элементом в получившейся «корзинке» стало скрещение ДНК, наложение нити ДНК саму на себя под прямым углом.
На самом деле в таких элементах формы нет ничего сверхъестественного или искусственного: во время рекомбинации ДНК складывается в крестики, образуя так называемую структуру Холлидея: в такой форме молекуле проще обмениваться собственными фрагментами, что и составляет суть рекомбинации. Однако сделать из этого большую стабильную структуру считалось невозможным из-за взаимного отталкивания одноимённых зарядов на ДНК. В структуре Холлидея угол между нитями ДНК равен 60˚. Это удобно для работы ферментов и обмена генами, но сформировать на основе такого «кирпичика» что-то более масштабное нельзя: в структуре появится ничем не скомпенсированное напряжение, которое её и разрушит. То есть один крест в 60˚ сделать не проблема, но вот, скажем, десяток таких крестов создать уже нельзя.

Различные ДНК-структуры, которые исследователям удалось получить на основе прямоугольного пересечения ДНК: схемы (слева) и электронные микрофотографии (справа).

На сей раз исследователям удалось преодолеть это препятствие, слегка сместив друг относительно друга нити ДНК, чтобы в месте пересечения они были слегка выкручены и образовали угол в 90˚. В итоге получилась на удивление стабильная решётчатая форма, похожая на решётку для гриля. Такое пересечение, по словам учёных, позволяет создать много разных плоскостных и пространственных ДНК-структур. Результаты экспериментов учёные опубликовали в журнале Science.

Безусловно, так мы узнаём много нового о возможностях ДНК, но всё же возникает вопрос, есть ли у этого ДНК-оригами какое-то практическое применение. По мнению исследователей, применение таким структурам можно найти широчайшее: во-первых, ДНК — биологическая макромолекула, у клеток она не вызывает отторжения, а потому такую «нанокорзинку» можно нагрузить лекарством и отправить гостинец, к примеру, раковым клеткам. Но одной лишь доставкой лекарств дело не ограничивается: исследователи считают, что на основе таких структур можно создавать нанороботы, молекулярные сенсоры и даже найти им применение в электронике.

Подготовлено по материалам Университета штата Аризона.