Ученые научились наводить мосты из ДНК-нанотрубок

Ученые из университета Джона Хопкинса научились наводить мосты из ДНК-нанотрубок - процесс строительства запечатлен на видео. В будущем с помощью таких мостов можно будет, например, присоединять медицинские нанороботы к живым клеткам или замыкать биоэлектрические цепи. 

ДНК состоит из нуклеотидов — молекул, которые легко образуют химические связи друг с другом. Поэтому в последнее время появляется все больше исследований, в которых ДНК используется не как носитель генетической информации, а как материал для биомеханических конструкций: возникла даже новая отрасль науки — нанотехнологии на основе нуклеотидных оснований. Уже существуют методики синтеза «стройматериалов» на основе ДНК. К таким относятся ДНК-нанотрубки.

Абдул Мохаммед (Abdul M. Mohammed) и его коллеги из лаборатории Ребекки Шульман при Университете Джона Хопкинса в США решили научиться строить из ДНК-нанотрубок мосты, которые самостоятельно растут из заданных точек. В качестве «опор» молекулярных мостов ученые использовали структуры, созданные при помощи технологий ДНК-оригами, позволяющих получать из нуклеотидов практически любые трехмерные формы.

ДНК-натрубки представляют собой полые цилиндры, стенки которых состоят из нуклеотидов, причем каждый связан с четырьмя другими. В растворе полимерные трубки постепенно растут и свободно раскачивают незакрепленными концами. Как показали эксперименты Мохаммеда, если расстояние между начальной и конечной «опорами» моста не больше чем на порядок отличается от диаметра нанотрубки, концы двух соседних трубок с большой вероятностью соприкоснутся и сомкнутся, а трубки, не встретившие пару, постепенно растворятся. В результате удалось вырастить молекулярные «мостики» длиной от 1 до 10 микрон, в то время как диаметр каждой из нанотрубок не превосходил 4 нм. По словам Мохаммеда, пытаться соединить две такие трубки на таком удалении — все равно что пытаться очень длинной удочкой поймать человека, которых стоит на противоположном краю футбольного поля, и все-таки за 10−40 часов это удалось сделать с большей частью трубок.

По словам авторов исследования, нанотрубки из нуклеотидов можно будет использовать, чтобы присоединять медицинские наноустройства к стенкам клеток, а также для очень точной адресной доставки лекарств. В более отдаленном будущем из таких нанотрубок, возможно, построят сложные молекулярные механизмы. Недавние исследования в области молекулярной инженерии показывают, что не самую электропроводную молекулу ДНК можно превращать в проводник, насыщая ионами металлов. Возможно, что самонаводящиеся ДНК-мосты, проводящие электрический ток, в будущем станут частью сложных биоэлектронных устройств.