211service.com
Slēdzenes kaste, kas izgatavota no DNS
Izmantojot tikai DNS, pētnieki Dānijā ir izveidojuši nelielu kastīti ar vāku, ko var vai nu aizslēgt, vai arī ar DNS atslēgu komplektu atvērt eņģes. Kamēr citas grupas ir eksperimentējušas ar DNS origami izmantošanu, lai izveidotu trīsdimensiju objektus, jaunā kaste, kas aprakstīta šīs nedēļas izdevumā Daba , izceļas ar cietajām malām un kustīgajām daļām.
Dezoksiribozes cukura kubi: Tā kā savstarpēji papildinošiem DNS reģioniem patīk savienoties, pētnieki varēja izveidot garu DNS virkni, kas kopā ar daudzām sīkām DNS skavām automātiski saliktu nano izmēra kastē. Šī metode ir pazīstama kā DNS origami. Šeit kastes tika attēlotas, izmantojot krioelektronu tomogrāfiju, lai apstiprinātu to kubeliveida struktūras un dobo interjeru.
Tā ir diezgan skaista molekulārā struktūra, saka Džons Reifs , izcils Djūka universitātes datorzinātņu profesors, kurš nebija iesaistīts pētījumā. Tā ir pirmā reize, kad tādai nanostruktūrai ir programmējams un vadāms vāks.
Pagaidām kaste kalpo kā principa pierādījums tam, ka DNS origami var pielāgot, lai izveidotu sarežģītas trīsdimensiju struktūras, saka Jorgens Kjems , molekulārais biologs Orhūsas Universitātes DNS nanotehnoloģiju centrā, kurš vadīja pētījumu. Taču nākotnē viņš uzskata, ka nano izmēra konteineru varētu pielāgot visdažādākajiem lietojumiem, sākot no zāļu piegādes līdzekļa līdz loģikas vārtiem.
DNS ir ideāls celtniecības materiāls nanostruktūrām. To ir viegli izlaist lielapjomā: Kjems un viņa komanda nolaupīja vīrusu, lai izgatavotu viņu izstrādātās secības kopijas. Un tas salokās vienkāršā, paredzamā veidā atbilstoši tās secībai. Lai izstrādātu kastīti, Orhūsas komanda izstrādāja datorprogrammu, lai ģenerētu nepārtrauktu vienpavedienu DNS sekvenci, kas kopā ar mazākiem DNS fragmentiem, kas darbojas kā skavas, paši savācās vajadzīgajā formā.
Secība tika izstrādāta ar daudziem savstarpēji papildinošiem reģioniem, lai tā automātiski salocītos sešās aptuveni kvadrātveida akordeonam līdzīgās loksnēs — kastītes malās — pamatojoties uz DNS dabisko tendenci savienoties pārī dubultos pavedienos. DNS skavas, ko arī virza komplementāru secību savienošana, sašuva lokšņu malas kopā, veidojot dobu kubu ar eņģu vāku.
Lai vāku padarītu slēdzamu, Kjems un viņa kolēģi izveidoja divus sīkus DNS aizbīdņus ar lipīgiem galiem. Normālos apstākļos aizbīdņi pielīp pie kastes, turot to aizvērtu. Bet, kad tiek pievienotas divas atbilstošās DNS atslēgas, aizbīdņi tiek savienoti ar tiem, ļaujot vākam atvērties. Pāris krāsvielu molekulas, no kurām viena ir piestiprināta pie kastes malas, bet otra pie tās vāka, mirdz sarkanā krāsā, kad tās atrodas tuvu viena otrai, un zaļas, ja tās atrodas tālu viena no otras, nodrošinot vienkāršu veidu, kā noteikt, vai kaste ir aizvērta vai atvērta.
Padomājiet ārpus kastes: Nano kastes, kas šeit ir modelētas pelēkā krāsā, kādu dienu varētu pārvest zāles uz konkrētiem galamērķiem organismā vai kalpot kā loģiski vārti uz DNS balstītā datorā. Katras kastes vāks parasti ir aizvērts ar diviem komplementāru DNS fragmentu pāriem (zilu un oranžu). Bet, ja maisījumam tiek pievienotas atbilstošas DNS atslēgas (arī zilas un oranžas), tās traucē fiksatoriem un ļauj vākiem atvērties. Fluorescējošās krāsas marķieri mirdz sarkanā krāsā, kad kaste ir aizvērta, un zaļā krāsā, kad tā ir atvērta.
Ar tādām trīsdimensiju struktūrām kā šī patiesais izaicinājums ir nevis objekta projektēšana, bet gan tā veiksmīgas izveides pierādīšana. Pols Rotemunds , Kalifornijas Tehnoloģiju institūta datorzinātnieks, kurš izstrādāja vienkāršu DNS struktūru veidošanas paņēmienu. Pētnieki izmantoja vairākas dažādas attēlveidošanas metodes, lai nodrošinātu, ka kastes tiek saliktas, kā plānots. Viņi paveica ļoti pārliecinošu darbu, parādot, ka ir radījuši to, ko viņi domāja, un tas ir patiešām svarīgi, saka Rotemunds. Un tagad viņi var mēģināt to pilnveidot un likt tam kaut ko darīt.
Kjemsam ir vairākas idejas par to, ko kastes varētu darīt. Viena iespēja ir ielādēt tos ar zālēm un ieprogrammēt vākus, lai tie atvērtos, reaģējot uz kādu bioloģisku signālu organismā – piemēram, vīrusa vai vēža gēna klātbūtni – tādējādi atbrīvojot to terapeitisko kravu.
Ir veids, kā tie ir interesantāki par gandrīz jebkuru citu nano-iekapsulēšanas shēmu, ko varat iedomāties šim nolūkam, jo tiem ir bezgalīgi programmējami vāki, saka Rotemunds. Tas ir kaut kas tāds, ko nevar piedāvāt neviena cita veida nano-zāļu piegādes kapsula.
Tomēr terapeitiskie lietojumi joprojām ir tālu. Lai gan teorētiski kastes ir pietiekami cietas, lai novērstu lielu molekulu noplūdi, un pietiekami ietilpīgas, lai aptvertu ribosomu vai mazu vīrusu, pētnieki vēl nav mēģinājuši tajās neko ievietot. Un līdz šim kastes darbojas tikai mēģenē. Atšķirībā no dažiem citiem nanopiegādes transportlīdzekļiem, vēl nav pierādījumu par DNS ierīču drošību vai efektivitāti dzīvās sistēmās.
Bet slēdzenes kastēm nav jāpārvadā krava, lai tās būtu noderīgas. Kjems arī paredz tos pārvērst elektroniskos komponentos. Tā kā tām ir divas atšķirīgas atslēgas, kastes darbojas kā UN vārti, kas atveras (un mirdz zaļā krāsā) tikai tad, ja ir abas atslēgas. Ar dažiem vienkāršiem pielāgojumiem tie varētu kalpot arī kā NAV vārti vai VAI vārti. Principā, saka Kjems, jūs varētu izveidot DNS datoru, izmantojot šīs kastes.