Из «ДНК-лего» сделали полости в форме плюшевых мишек

L. L. Ong et al./ Nature, 2017

Химики улучшили методику сборки ДНК-оригами из отдельных небольших деталей и получили cложные трехмерные объекты, содержащие до 30 тысяч деталей. В таких структурах можно делать полости заданной формы, которая варьируется от геликоида до плюшевого медведя, пишут ученые в Nature.

Сборка сложных структур заданной геометрии из молекул ДНК и РНК с помощью методики ДНК-оригами позволяет создавать функциональные объекты, которые уже сейчас пытаются использовать в структурной биологии, биофизике и фотонике. С помощью комплементарных связей участки нуклеиновых кислот можно сшивать между собой или присоединять к ним функциональные полимерные молекулы или неорганические частицы. Благодаря этому с помощью ДНК удается получать как сложные двумерные системы, например изображения картин, так и трехмерные объекты, которые образуются в результате самосборки.

С помощью традиционной методики ДНК-оригами можно получать системы из сотни нуклеотидов, и их молекулярная масса составляет несколько мегадальтон. Собирать такие системы довольно сложно, поэтому для получения больших трехмерных систем используется модифицированная методика ДНК-оригами, при которой объект составляют из отдельных одинаковых элементов. Из-за наличия у этих элементов выступающих участков, их можно соединять друг с другом, как детали конструктора. В отличие от традиционных элементов ДНК-оригами, в таких ДНК-кирпичиках нет большого количества складок, и состоят они из коротких прямых участков нуклеотидов. Однако до настоящего момента с помощью такого подхода не удавалось объединить в единые структуры больше нескольких сот деталей.

Химики из США, Германии, Франции и Китая под руководством Пэн Иня (Peng Yin) из Гарвардского университета предложили усовершенствованный вариант таких ДНК-кирпичей, из которых с помощью самосборки можно получить довольно сложные трехмерные структуры. Один элемент состоит из двух относительно коротких цепочек ДНК (длиной 52 и 72 нуклеотида), которые комплементарно связаны между собой на участке из 13 нуклеотидов.

Выдерживая такие элементы в течение определенного времени в растворе соли при повышенной температуре, из них можно собирать сложные трехмерные структуры заданной геометрии, состоящие из нескольких десятков тысяч элементов. В частности, можно получать кубы правильной формы. Максимальная масса куба, который удалось собрать таким образом, составила почти полгигадальтона (что примерно в 100 раз больше массы наиболее сложных систем, собранных более традиционными методами ДНК-оригами). Такой куб содержит до 30 тысяч элементов. 

Кроме того, ученые показали, что изменяя состав нуклеотидов, можно получать кубические структуры с трехмерными полостями заданной формы: геликоида, надписей, фигурок кролика и плюшевого медведя. Для подтверждения работы метода, изображения объектов, полученные с помощью просвечивающей электронной микроскопии ученые сравнили с их трехмерными моделями.

По словам ученых, предложенная ими методика дешевле традиционного подхода ДНК-оригами, и в будущем может быть использована для получения и более сложные трехмерных объектов большего размера, например, с помощью иерархических методов сборки.

Для улучшения способности элементов ДНК к самосборке используются специальные скрепляющие элементы. Это могут быть как просто короткие цепочки из нескольких нуклеотидов, так и, например, специальные белковые скрепки, которые увеличивают устойчивость образующихся структур.

Александр Дубов

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.