Ученые собрали молекулярную «роборуку» из ДНК

Молекулы ДНК состоят из четырех видов азотистых оснований, которые взаимодействуют друг с другом попарно, «слипаясь», словно миниатюрные магниты. Это позволяет живым клеткам копировать нить ДНК, подбирая комплементарные основания одно за другим. Но ученые научились применять такую особенность и другими способами — например, для сборки сложных молекулярных структур, отдельные детали которых удерживаются вместе за счет тех же комплементарных связей между основаниями ДНК.

С помощью метода «ДНК-оригами» уже получили наноразмерный двигатель и воспроизвели репродукцию картины Ван Гога. А недавно Син Ван (Xing Wang) и его коллеги из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне продемонстрировали микроскопический манипулятор NanoGripper, напоминающий кисть человеческой руки, но собранный из молекул ДНК. Об этом рассказывается в статье, выложенной в онлайн-библиотеке препринтов bioRxiv.

Конструкция «роборуки» напоминает человеческую кисть, только пальцев у нее всего четыре, расходящихся от центра симметричным крестом. У каждого пальца есть три сустава, как и у нас, при этом их длина достигает всего 71 нанометра (миллиардные доли метра), толщина — восемь нанометров. На «подушечках» можно разместить участки ДНК с заранее заданной последовательностью азотистых оснований или другие «чувствительные» молекулы. Это позволяет им аккуратно взаимодействовать с объектами, захватывая и удерживая их.

А. Схема устройства NanoGripper; В. Вариации структуры «подушечек» пальцев позволяют захватывать разные виды объектов; С. Взаимодействие NanoGripper с вирусами может использоваться для их распознавания / ©Zhou et al., 2023

Ученые продемонстрировали это, используя золотые наночастицы (диаметром от 50 до 100 нанометров), на поверхности которых разместили фрагменты ДНК. Взаимодействуя с ними, «роборука» NanoGripper успешно захватила и удерживала их. Аналогичные эксперименты провели с образцами коронавируса SARS-CoV-2, несущими дополнительные участки ДНК. Пока манипулятор сохранял свой захват, они оставались на месте и не могли заражать клетки.

Кроме того, разработана специальная модификация манипулятора, связанная с флуоресцентным белком, благодаря которому он светится, когда захватывает нужный груз. Такую конструкцию можно использовать для точной идентификации вирусов. Ученые также считают, что NanoGripper может найти применение в доставке лекарств прямо внутрь клеток.

Теоретически подобные конструкции можно инъецировать непосредственно в организм. В отличие от свободной ДНК, которая быстро уничтожается ферментами крови, структуры, полученные с помощью ДНК-оригами, довольно стабильны. Более того, их можно сделать еще устойчивее, укрепив дополнительными химическими связями или покрыв тончайшей полимерной оболочкой. По словам Син Вана, химики уже начали подобные испытания — пока на животных.