Budowanie z cegiełek DNA

DNA, obecne w niemal każdej komórce, jest coraz częściej wykorzystywane jako materiał do budowy niewielkich, ale wyrafinowanych struktur, takich jak autonomiczne pojazdyz DNA, które mogą poruszać się po powierzchni mikrocząsteczek; etykiety fluorescencyjne do zastosowań diagnostycznych; pudełka, które dostarczają leki do określonych miejsc w organizmie, zaprogramowane w ten sposób aby otwierały się w miejscach chorych i uwalniały swoją zawartość lub wreszcie do budowy programowalnych fabryk nanocząsteczek o określonych rozmiarach i kształtach dla nowych zastosowań optycznych czy elektronicznych.

Aby uzyskać takie możliwości, naukowcy z Harvard’s Wyss Institute i z całego świata opracowali metody, dzięki którym nici DNA potrafią samodzielnie składać się w coraz bardziej złożone trójwymiarowe struktury, które można porównać origami ułożonym na rusztowaniu. Takie origami z DNA są jednak nie mogą być jednak zbyt duże, ponieważ od długości włókien rusztowania, które są trudne do wytworzenia i manipulowania. W 2012 r. Peng Yin i jego zespół z Instytutu Wyss zaprezentowali alternatywną metodę, która opiera się na cegiełkach z DNA. Takie cegiełki nie potrzebują rusztowania, ale są w stanie łączyć się jak blokujące wzajemnie się klocki Lego i tym samym składają się w trójwymiarowe struktury o dużym rozmiarze.

Zespół poprawił swoją własną technologię, umożliwiając cegiełkom z DNA nowej generacji samodzielne składanie się w trójwymiarowe nanostruktury, które są 100 razy bardziej złożone niż te tworzone za pomocą istniejących metod. Z cegiełek pierwszej generacji można było zbudować nanostruktury o masie kilku Megadaltonów (kilku milionów atomów wodoru), podczas gdy nowe podejście do cegiełek DNA pozwala na złożenie z 10 000 elementów struktury o masie miliarda atomów wodoru. W toku badań stworzono programy komputerowe do projektowania nanostruktur DNA ze złożonymi wnękami, powierzchniami, które mogą służyć później jako elementy budowlane w licznych zastosowaniach nanotechnologicznych w medycynie i inżynierii.

Technologia cegiełek z DNA oparta jest na stabilnych i wysoce programowalnych właściwościach DNA. Pojedyncza cegiełka to krótka nić syntetycznego DNA złożona z wcześniej określonej sekwencji czterech uniwersalnych zasad nukleotydów: adeniny (A), cytozyny (C), guaniny (G) i tyminy (T). Naukowcy z Instytutu Wyss tworzą duże nanostruktury trójwymiarowe poprzez mieszanie różnych cegiełek, z których każda posiada własną unikalną sekwencję nukleotydów, zaprojektowaną tak, aby pasowała do sekwencji zasad nukleotydów w innej cegiełce, aby mogły się one same składać. W nowej wersji technologii, zmieniając długość poszczególnych sekwencji wiążących w cegiełkach, zespół osiągnął znacznie większą różnorodność cegiełek, które dodatkowo wiążą ze sobą znacznie silniej,

„Udowodniliśmy możliwości naszej technologii, budując masywne prostopadłościany zawierające do 30 000 cegieł i pokazując kilka przykładowych kształtów, które można zbudować z podzbiorów tych cegieł. Jest rzeczą niezwykłą, że cegły były w stanie rozróżnić dziesiątki tysięcy potencjalnych partnerów aby znaleźć swoich właściwych sąsiadów, i było to ekscytujące, gdy zobaczyliśmy, że technika cegiełek DNA może być użyta do stworzenia dosyć złożonych obiektów, czego dowodem może być pokazany na zdjęciu kształt pluszowego misia stworzonego z cegiełek z DNA.

  • 7
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

Dodaj komentarz