Дезоксирибоуклеиновая кислота (ДНК) – это не только носитель генетической информации, но и неисчерпаемый источник вдохновения для создания самых причудливых и тонких структур. Нанометр уже писал про ДНК-оригами. Этот метод позволяет создавать самые разные двумерные и даже трёхмерные фигуры, соединяя одну длинную одноцепочечную молекулу ДНК более короткими ДНК-скрепками. В качестве основы часто используют одноцепочечную ДНК фага М13. ДНК-скрепки подбирают при помощи специально разработанных программ, а затем синтезируют химическим путём. Умение собирать усложнённые наноразмерные структуры может пригодиться для создания миниатюрных электрических схем, да и мало ли для чего ещё.
Исследователи из Brigham Young University, США, предлагают использовать для синтеза ДНК-основы и ДНК-скрепок полимеразную цепную реакцию (ПЦР). Дело в том, что использование целой вирусной ДНК в качестве основы накладывает ограничения на длину: она должна быть в точности равна длине вирусного генома, не больше и не меньше. С другой стороны, в ходе ПЦР можно синтезировать фрагменты практически любой длины, от менее ста пар нуклеотидов до более 10000 пар, с минимальными затратами, потрясающей точностью и огромной продуктивностью. Однако в результате ПЦР получается двуцепочечная ДНК, тогда как для ДНК-оригами требуется одноцепочечная.
Учёные предложили способ, позволяющий выделить одну из двух цепей ДНК, образовавшихся в ходе полимеразной цепной реакции. Для этого необходимо модифицировать один из праймеров, пришив к нему биотин. Тогда получившиеся в ходе ПЦР двуцепочечные фрагменты ДНК будут иметь биотин на 5'-конце одной из цепей. Эти двуцепочечные фрагменты связываются с магнитными шариками, покрытыми стрептавидином. Теперь можно разрушить связи между двумя цепями, и тогда в растворе окажется нужный одноцепочечный фрагмент в чистом виде, а вторая цепь, через биотин и стрептавидин связанная с шариками, останется в осадке (рисунок 1).
Для примера учёные собрали несколько фигур. При помощи разработанной ими самими программы они смоделировали необходимые фрагменты ДНК, а затем синтезировали и выделили одноцепочечные молекулы описанным выше способом (рисунок 2). Можно заметить, что Т-образная структура не очень удалась: её верхушка и основание лишь в 27% случаев соединяются под углом, близким к прямому. Исследователи считают, что такие искривления происходят из-за того, что длинная крышечка состоит всего из трёх спиралей ДНК. Этот недостаток был учтён: в U-образных фигурах все элементы состоят из 4-х спиралей, и уже 45% фигур имеют рассчитанную форму. При этом основание буквы чуть-чуть выпирает за вертикальные ушки. Это почти не бросается в глаза, зато позволяет обеспечить форму фигуры. Совсем сложная фигура в форме буквы «B» удалась так и вовсе на славу. Здесь опять использован метод «выпирающих краев», который позволяет создать прямой угол.
В результате из созданных структур удалось сложить название университета авторов работы: «BYU» (рисунок 3). Работа «Polymerase chain reaction based scaffold preparation for the production of thin, branched DNA origami nanostructures of arbitrary sizes» опубликована в журнале Nano Letters.
Исследователи из Brigham Young University, США, предлагают использовать для синтеза ДНК-основы и ДНК-скрепок полимеразную цепную реакцию (ПЦР). Дело в том, что использование целой вирусной ДНК в качестве основы накладывает ограничения на длину: она должна быть в точности равна длине вирусного генома, не больше и не меньше. С другой стороны, в ходе ПЦР можно синтезировать фрагменты практически любой длины, от менее ста пар нуклеотидов до более 10000 пар, с минимальными затратами, потрясающей точностью и огромной продуктивностью. Однако в результате ПЦР получается двуцепочечная ДНК, тогда как для ДНК-оригами требуется одноцепочечная.
Учёные предложили способ, позволяющий выделить одну из двух цепей ДНК, образовавшихся в ходе полимеразной цепной реакции. Для этого необходимо модифицировать один из праймеров, пришив к нему биотин. Тогда получившиеся в ходе ПЦР двуцепочечные фрагменты ДНК будут иметь биотин на 5'-конце одной из цепей. Эти двуцепочечные фрагменты связываются с магнитными шариками, покрытыми стрептавидином. Теперь можно разрушить связи между двумя цепями, и тогда в растворе окажется нужный одноцепочечный фрагмент в чистом виде, а вторая цепь, через биотин и стрептавидин связанная с шариками, останется в осадке (рисунок 1).
Для примера учёные собрали несколько фигур. При помощи разработанной ими самими программы они смоделировали необходимые фрагменты ДНК, а затем синтезировали и выделили одноцепочечные молекулы описанным выше способом (рисунок 2). Можно заметить, что Т-образная структура не очень удалась: её верхушка и основание лишь в 27% случаев соединяются под углом, близким к прямому. Исследователи считают, что такие искривления происходят из-за того, что длинная крышечка состоит всего из трёх спиралей ДНК. Этот недостаток был учтён: в U-образных фигурах все элементы состоят из 4-х спиралей, и уже 45% фигур имеют рассчитанную форму. При этом основание буквы чуть-чуть выпирает за вертикальные ушки. Это почти не бросается в глаза, зато позволяет обеспечить форму фигуры. Совсем сложная фигура в форме буквы «B» удалась так и вовсе на славу. Здесь опять использован метод «выпирающих краев», который позволяет создать прямой угол.
В результате из созданных структур удалось сложить название университета авторов работы: «BYU» (рисунок 3). Работа «Polymerase chain reaction based scaffold preparation for the production of thin, branched DNA origami nanostructures of arbitrary sizes» опубликована в журнале Nano Letters.
; хотя если задуматься - как раз и вышло про "разветвленные фигуры сложной формы"