ДНК в новом амплуа: немецкие ученые создали прототип «наноруки»
Прототип «наноруки», управлять движением которой можно с помощью приложенного электрического поля, сконструировали немецкие ученые. Статья, где детально описывается суть изобретения, опубликована в журнале Science 19 января, сообщает корреспондент ИА Красная Весна.
При сборке искомой структуры была использована так называемая технология ДНК-оригами. Этот изящный подход позволяет собирать конструкции почти любой формы из одноцепочечных фрагментов дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Умело используя способность комплементарных ДНК-цепочек к спариванию, немецкие ученые сконструировали из них структуру, в которой «нанорука» длиной 25 нм (1 нм = 10-9 м) соединена с подложкой гибкой перемычкой. Правильность сборки удалось подтвердить с помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ) — одного из видов электронной микроскопии.
Сконструированная таким образом «нанорука» способна вращаться относительно подложки как самопроизвольно, так и под действием приложенного электрического поля. О самопроизвольном вращении свидетельствовали эксперименты по фёрстеровскому резонансному переносу энергии (ФРПЭ) флуоресценции от донора (источника флуоресценции) к акцептору (молекуле, поглощающей флуоресценцию). Донор на конце «наноруки» попеременно сближался с двумя разными акцепторами, закрепленными на противоположных сторонах подложки, о чем судили по чередованию зеленой и красной флуоресценции. Дополнительное подтверждение тому, что «нанорука» «гуляет» в широком диапазоне углов, получили, удлинив ее до размера, видимого во флуоресцентный микроскоп.
Чтобы взять движение «наноруки» под контроль, ученые приложили к ней электрические поля с взаимно перпендикулярными векторами напряженности (характеристика электрического поля, численно равная отношению силы, действующей на заряд, к величине этого заряда). Меняя напряжение по заданному алгоритму, исследователи успешно управляли вращением наноконструкции в разных плоскостях и с разной частотой. Отметим, что это первый в истории ДНК-наноробот, управляемый дистанционно.
«Нанорука» движется в электрическом поле настолько активно, что заставляет «плавиться» (распадаться на одноцепочечные фрагменты) присоединенный к ней двуцепочечный фрагмент ДНК длиной не менее 20 нуклеотидных пар («кирпичиков», из которых состоит цепь ДНК). По приблизительной оценке, она может оказывать давление с силой 10–20 пиконьютонов (пН) (1 пН = 10-12 Н). Этого достаточно, чтобы манипулировать «наногрузами» — отдельными молекулами или металлическими наночастицами.
Отметим, что технология ДНК-оригами известна с 2008 года. С ее помощью получены, например, «молекулярные контейнеры», в полость которых можно помещать лекарственные препараты. Такие контейнеры открываются и высвобождают лекарство лишь после того, как соприкоснутся с поверхностью «нужных» клеток. Клетки-«мишени», будучи затронуты патологическим процессом, экспрессируют на своей мембране характерные белки — например, онкомаркеры, если речь идет об онкологических заболеваниях. Такие белки служат уникальными «отмычками» для ДНК-контейнеров с лекарством, что позволяет достичь невиданной прежде избирательности в направленном лечении опухолей. В самом деле, столь жесткий «фейс-контроль» дает почти стопроцентную гарантию того, что здоровые клетки и ткани не будут затронуты при химиотерапии.
Использование технологий ДНК-оригами для создания наноскопических роботов открывает новую страницу в истории нанотехнологий. Не исключено, что уже в обозримом будущем таких роботов удастся «научить» не только доставке лекарств к «месту назначения», но и манипуляциям с отдельными молекулами — вплоть до направленного синтеза нужных соединений без участия химиков-синтетиков.
В то время как в нашей стране вяло продолжаются разговоры о пресловутых нанотехнологиях при минимуме реальных разработок, зарубежные исследователи прорываются к новым горизонтам. Центр тяжести в этой сфере давно переместился от создания новых материалов к проектированию управляемых и программируемых нанороботов для биомедицины и хайтека. Что же до отечественных «кураторов» отрасли во главе с А. Чубайсом, то они продолжают делать вид, будто за последнее десятилетие в науке ничего не изменилось.
