|
Исследование ДНК для создания новых биоматериалов
|
|
|
|
Исследователи из Северо-Западного университета продемонстрировали, как манипулирование химическим составом ДНК может изменить ее структуру и гибкость и позволить создавать новые материалы, полезные в медицине и науках о жизни, согласно исследованию, опубликованному в Science Advances. Команду возглавлял Чад Миркин, доктор философии, профессор медицины отделения гематологии и онкологии, профессор химии Джорджа Б. Ратмана в Северо-Западном колледже искусств и наук Вайнберга и директор Международного института нанотехнологий. "Это исследование служит доказательством принципа, демонстрирующего, как исследователь может стратегически проектировать и подготавливать ДНК-системы, структуры которых могут быть изменены для реализации архитектуры с различными формами, гибкостью и реактивностью", - сказал Чжэнью (Henry). Хан, аспирант лаборатории Миркина и ведущий автор исследования. Во время биологических процессов, таких как транскрипция ДНК, ДНК может изгибаться, образуя круг, в процессе циклизации ДНК. Это позволяет ДНК взаимодействовать с окружающими белками так, как это не делают линейные, палочкообразные нити ДНК.
|
|
|
В текущем исследовании исследователи использовали химический дизайн, чтобы адаптировать условия, которые диктуют циклизацию ДНК, чтобы лучше понять, как происходят естественные процессы, а также создать новые биоматериалы, состоящие из ДНК и белков необычной формы. "Вместо того, чтобы сосредотачиваться на генетической роли ДНК как основы жизни, мы заинтересованы в изучении того, как ДНК можно использовать в качестве программируемого структурного элемента, который обеспечивает обратимые связующие взаимодействия между наноразмерными материалами, в том числе теми, которые встречаются в природе, такими как белки", - сказал Миркин. Сначала ученые из лаборатории Миркина разработали и подготовили цепочки ДНК — последовательности оснований ДНК аденина, цитозина, гуанина и тимина, соединенных вместе. Гибридизация ДНК происходит, когда две комплементарные одноцепочечные молекулы ДНК соединяются вместе, образуя двухцепочечную молекулу, или спираль ДНК - адениновые связи с тимином и цитозиновые связи с гуанином. Ученые вставили в последовательность одно или несколько негибридизированных оснований, сделав нить ДНК более гибкой и сформировав кольцевую структуру. "Мы обнаружили, что если мы вводим участки хотя бы с одним непарным основанием ДНК, ДНК становится более гибкой и может принимать форму круга", - сказал Хан.
|
|
|
|
Ученые также обнаружили, что при введении нитей ДНК, которые связываются с этими изначально неспаренными участками, круги ДНК распадаются в пользу длинных, линейных и более жестких полимерных цепей. Удалив эти комплементарные нити, ученые смогли легко вернуть ДНК в системе к циклической структуре. В целом, полученные результаты подчеркивают полезность ДНК в качестве программируемого строительного блока для создания динамичных полимерных и наноразмерных материалов, таких как волокна, гели и пластмассы, или коллоидных кристаллов, созданных с использованием ДНК, которые были впервые разработаны лабораторией Миркина за последние три десятилетия. Кроме того, по словам Миркина, полученные результаты подчеркивают широту возможностей использования химии ДНК для манипулирования реакциями между молекулами в лаборатории и в биологических системах. "С точки зрения нанотехнологий, мы можем использовать ДНК для синтеза уникальных и полезных материалов по индивидуальному заказу и программирования организации неорганических наночастиц и других биомолекул, таких как белки", - сказал Миркин. "Мы узнаем больше об окружающем нас мире и используем эти знания для создания биоматериалов, которые в конечном итоге окажут положительное влияние на людей".
|
|
|
|
Источник
|
