211service.com
Užrakinimo dėžutė, sukurta iš DNR
Naudodami ne ką kita, o DNR, mokslininkai Danijoje sukonstravo mažą dėžutę su dangteliu, kurį galima užrakinti arba, naudojant DNR raktų rinkinį, atidaryti vyriais. Nors kitos grupės eksperimentavo naudodamos DNR origami trimačiams objektams kurti, naujasis langelis, aprašytas šios savaitės leidime Gamta , išsiskiria tvirtais šonais ir judančiomis dalimis.
Dezoksiribozės cukraus kubeliai: Kadangi vienas kitą papildantys DNR regionai mėgsta poruotis, mokslininkai sugebėjo sukurti ilgą DNR grandinę, kuri kartu su daugybe mažų DNR sąvaržėlių automatiškai susijungtų į nano dydžio dėžutę. Ši technika žinoma kaip DNR origami. Čia dėžės buvo vaizduojamos naudojant krioelektroninę tomografiją, siekiant patvirtinti jų kubelių struktūras ir tuščiavidurį vidų.
Tai gana graži molekulinė struktūra, sako Jonas Reifas , žymus Duke universiteto informatikos profesorius, kuris tyrime nedalyvavo. Tai pirmas kartas, kai tokia nanostruktūra turėjo programuojamą ir valdomą dangtį.
Kol kas dėžutė yra principo įrodymas, kad DNR origami gali būti pritaikytas sudėtingoms trimatėms struktūroms sukurti, sakoma. Jorgenas Kjemsas , molekulinis biologas iš Orhuso universiteto DNR nanotechnologijų centro, vadovavęs tyrimui. Tačiau ateityje jis mano, kad nano dydžio konteineris gali būti pritaikytas įvairiausioms reikmėms – nuo vaistų pristatymo transporto priemonės iki loginių vartų.
DNR yra ideali nanostruktūrų statybinė medžiaga. Jį lengva išpilstyti masiškai: Kjemsas ir jo komanda užgrobė virusą, kad pagamintų jų sukurtos sekos kopijas. Ir jis sulankstomas paprastais, nuspėjamais būdais pagal savo seką. Siekdama suprojektuoti dėžutę, Orhuso komanda sukūrė kompiuterinę programą, kuri generuoja nuolatinę vienos grandinės DNR seką, kuri kartu su mažesniais DNR fragmentais, kurie veikia kaip kabės, savaime susirenka į norimą formą.
Seka buvo sukurta su daugybe vienas kitą papildančių sričių, kad ji automatiškai susilankstytų į šešis maždaug kvadratinius akordeoną primenančius lakštus – dėžutės šonus – remiantis natūralia DNR tendencija susiporuoti į dvigubas grandines. DNR kabės, kurias taip pat paskatino papildomų sekų poros, sujungė lakštų kraštus, kad sudarytų tuščiavidurį kubą su atverčiamu dangteliu.
Kad dangtį būtų galima užrakinti, Kjemsas ir jo kolegos sukūrė du mažyčius DNR skląsčius lipniais galais. Įprastomis aplinkybėmis skląsčiai prilimpa prie dėžutės, laikant ją uždarytą. Tačiau kai pridedami du atitinkami DNR raktai, užraktai sujungiami su jais, todėl dangtelis gali atsidaryti. Pora dažų molekulių, viena pritvirtinta prie dėžutės krašto, o kita - prie dangčio, šviečia raudonai, kai yra arti, ir žaliai, kai yra toli vienas nuo kito, todėl lengva nustatyti, ar dėžutė uždaryta, ar atidaryta.
Mąstyk plačiau: Nano dėžės, modeliuojamos čia pilkos spalvos, vieną dieną gali nugabenti vaistus į konkrečias kūno vietas arba tarnauti kaip loginiai vartai DNR pagrįstame kompiuteryje. Kiekvienos dėžutės dangtis paprastai uždaromas dviem poromis papildomų DNR fragmentų (mėlynos ir oranžinės spalvos). Tačiau kai į mišinį pridedami atitinkami DNR raktai (taip pat mėlyni ir oranžiniai), jie trukdo skląsčiams ir leidžia dangteliams atsidaryti. Fluorescencinių dažų žymekliai šviečia raudonai, kai dėžutė uždaryta, ir žalia, kai ji atidaryta.
Su trimatėmis struktūromis, tokiomis kaip ši, tikras iššūkis yra ne suprojektuoti objektą, o įrodyti, kad jis sėkmingai susiformavo, sakoma. Paulius Rothmundas , kompiuterių mokslininkas iš Kalifornijos technologijos instituto, sukūręs paprastą DNR struktūrų kūrimo techniką. Tyrėjai naudojo kelis skirtingus vaizdo gavimo metodus, siekdami užtikrinti, kad dėžutės būtų surinktos taip, kaip planuota. Jie atliko labai įtikinamą darbą parodydami, kad padarė tai, ką manė padarę, o tai tikrai svarbu, sako Rothemundas. Ir dabar jie gali pabandyti tai detalizuoti ir priversti ką nors iš tikrųjų padaryti.
Kjemsas turi keletą idėjų, ką gali padaryti dėžės. Viena iš galimybių yra apkrauti juos vaistais ir užprogramuoti dangtelius atsidaryti reaguojant į kokį nors biologinį signalą organizme – pavyzdžiui, viruso ar vėžio geno buvimą – taip išlaisvinant jų gydomąjį krovinį.
Yra būdas, kuriuo jie yra įdomesni nei beveik bet kuri kita nanokapsuliavimo schema, kurią galite pagalvoti šiam tikslui, nes jie turi šiuos be galo programuojamus dangčius, sako Rothmundas. To negali pasiūlyti jokia kita nanovaistų pristatymo kapsulė.
Tačiau terapinis naudojimas dar toli. Nors teoriškai dėžutės yra pakankamai tvirtos, kad didelės molekulės neištekėtų, ir pakankamai erdvios, kad apgaubtų ribosomą ar nedidelį virusą, mokslininkai dar nebandė nieko į jas įdėti. Ir kol kas dėžės veikia tik mėgintuvėlyje. Skirtingai nuo kai kurių kitų nano tiekimo transporto priemonių, kol kas nėra įrodymų apie DNR pagrįstų prietaisų saugumą ar veiksmingumą gyvose sistemose.
Tačiau spynų dėžės nebūtinai turi būti naudingos, kad būtų naudingos. Kjemsas taip pat numato juos paversti elektroniniais komponentais. Kadangi jie turi du skirtingus raktus, dėžės veikia kaip IR vartai, atsidaro (ir šviečia žaliai) tik tada, kai yra abu raktai. Su keletu nesudėtingų pakeitimų jie taip pat galėtų tarnauti kaip NE vartai arba ARBA vartai. Iš esmės, sako Kjems, galite sukurti DNR kompiuterį naudodami šias dėžes.