Ученые использовали ДНК для создания самой маленькой в мире антенны

Разработанное в Университете Монреаля, простое в использовании устройство обещает помочь ученым лучше понять природные и созданные человеком нанотехнологии - и определить новые лекарства.

Исследователи из Университета Монреаля создали наноантенну для наблюдения за движением белков.

Устройство, о котором сообщается на этой неделе в журнале Nature Methods, представляет собой новый метод наблюдения за структурными изменениями белков с течением времени - и может в значительной степени помочь ученым лучше понять природные и созданные человеком нанотехнологии.

"Результаты настолько интересны, что в настоящее время мы работаем над созданием стартап-компании для коммерциализации и обеспечения доступности этой наноантенны для большинства исследователей и фармацевтической промышленности", - сказал профессор химии УдэМ Алексис Валле-Белисл, старший автор исследования.

Работает как двусторонний передатчик

Более 40 лет назад исследователи изобрели первый синтезатор ДНК для создания молекул, кодирующих генетическую информацию. "В последние годы химики поняли, что ДНК также можно использовать для создания различных наноструктур и наномашин", - говорит Валле-Белисле, который также занимает Канадскую исследовательскую кафедру по биоинженерии и бионанотехнологиям.

Вдохновленные "лего-подобными" свойствами ДНК, строительные блоки которой обычно в 20 000 раз меньше человеческого волоса, мы создали флуоресцентную наноантенну на основе ДНК, которая может помочь охарактеризовать функции белков", - сказал он.

"Подобно двустороннему радио, которое может как принимать, так и передавать радиоволны, флуоресцентная наноантенна принимает свет одного цвета, или длины волны, и в зависимости от движения белка, которое она чувствует, затем передает свет другого цвета, который мы можем обнаружить".

Одна из главных инноваций этих наноантенн заключается в том, что приемная часть антенны также используется для восприятия молекулярной поверхности изучаемого белка посредством молекулярного взаимодействия.

Одним из главных преимуществ использования ДНК для создания наноантенн является то, что химия ДНК относительно проста и программируема", - сказал Скотт Харрун, докторант UdeM по химии и первый автор исследования.

"Наноантенны на основе ДНК могут быть синтезированы различной длины и гибкости для оптимизации их функций", - сказал он. Можно легко прикрепить флуоресцентную молекулу к ДНК, а затем присоединить эту флуоресцентную наноантенну к биологической наномашине, например, ферменту".

"Тщательно настроив конструкцию наноантенны, мы создали антенну длиной пять нанометров, которая издает отчетливый сигнал, когда белок выполняет свою биологическую функцию".

Флуоресцентные наноантенны открывают множество интересных направлений в биохимии и нанотехнологиях, считают ученые.

"Например, мы смогли в реальном времени и впервые обнаружить функцию фермента щелочной фосфатазы с различными биологическими молекулами и лекарствами", - говорит Харрун. "Этот фермент был замешан во многих заболеваниях, включая различные виды рака и воспаление кишечника".

Доминик Лаузон, соавтор исследования, защитивший докторскую диссертацию по химии в UdeM, добавил: "Помимо того, что этот новый метод поможет нам понять, как функционируют или неправильно работают природные наномашины, что приводит к заболеваниям, он также может помочь химикам выявить новые перспективные лекарства, а наноинженерам - разработать улучшенные наномашины".

По словам ученых, одним из главных достижений этих наноантенн является также простота их использования.

"Возможно, больше всего нас радует осознание того, что многие лаборатории по всему миру, оснащенные обычным спектрофлуорометром, могут с легкостью использовать эти наноантенны для изучения своего любимого белка, например, для выявления новых лекарств или разработки новых нанотехнологий", - сказал Валле-Белисл.