Naprawdę łaDNA cząsteczka

Technika DNA origami, czyli tworzenie struktur przestrzennych z wykorzystaniem odpowiednio przygotowanych nici kwasu deoksyrybonukleinowego, osiągnęła nowy poziom rozwoju. Dzięki eksperymentom przeprowadzonym przez badaczy z Brigham Young University (BYU) z cząsteczek DNA udało się stworzyć kompleksy przypominające swoim kształtem... litery alfabetu.

Dlaczego tworzenie tak błahych struktur jest w ogóle traktowane jako badania naukowe? Odpowiedź jest prosta: ich powstanie jest dowodem na możliwość tworzenia nanocząstek o ściśle zaplanowanym kształcie i wielkości oraz wartości kątów pomiędzy poszczególnymi elementami. Potencjalne zastosowania dla takich konstrukcji są niezliczone i obejmują m.in. tworzenie mikroskopijnych przewodów elektrycznych czy gotowych części do nanomaszyn.

Cząsteczki DNA origami powstają w wyniku działania zasady komplementarności. Zgodnie z nią, dwie jednoniciowe cząsteczki DNA (lub dwa odcinki tej samej nici) łączą się ze sobą niczym połowy zamka błyskawicznego i tworzą nić podwójną tylko wtedy, gdy ich fragmenty zawierają wzajemnie dopasowaną (komplementarną) sekwencję zasad azotowych. Synteza cząsteczek o odpowiedniej sekwencji zasad umożliwia więc stworzenie kompleksu o ściśle zaplanowanych miejscach łączenia się nici. 

W praktyce okazuje się, że sama zasada komplementarności nie wystarcza, by stworzyć wiele nieskomplikowanych, lecz ważnych kształtów, takich jak np. kąt prosty. Naukowcy z BYU znaleźli jednak sposób na rozwiązanie tego problemu.

Aby uzyskać wiązki DNA rozchodzące się pod kątem ok. 90°, zsyntetyzowano cząsteczki, w których połączeniu w paru ulegały długie sekwencje zasad. Powstanie takich struktur oznaczało usztywnienie całej nici, dzięki czemu powstały "linie proste".

Miejsca, w których zasady azotowe pochodzące z poszczególnych odcinków nie uległy połączeniu w pary, były znacznie bardziej elastyczne i stawały się naturalnymi "zawiasami", w których dochodziło do wygięcia nici. 

Dzięki odpowiedniemu rozmieszczeniu miejsc "zawiasowych" udało się rozłożyć wewnętrzne naprężenia wewnątrz cząsteczki tak, by najkorzystniejszą termodynamicznie (a więc przyjmowaną w większości przypadków) konfiguracją było wygięcie tych regionów pod kątem prostym.

Efektem pracy naukowców z Brigham była synteza cząsteczek przypominających swoim kształtem inicjały nazwy ich uczelni: BYU. Z pozoru jest to tylko niewinna zabawa, lecz ukazuje ona ogromny potencjał tkwiący w nowej wersji DNA origami.

Choć metoda "składania" DNA jest wciąż w powijakach, już dziś można przewidzieć jej możliwe zastosowania. Wytworzone cząsteczki mogą posłużyć np. jako rusztowania, na których osadzana będzie warstwa przewodnika elektrycznego, z którego powstanie następnie miniaturowy przewód 

W podobny sposób, tylko z wykorzystaniem materiałów o większej wytrzymałości mechanicznej, można by produkować elementy nowoczesnych maszyn lub różnego rodzaju tworzywa. Nietrudno więc zauważyć, że umiejętne manipulowanie podstawowym nośnikiem informacji biologicznej daje nam znacznie więcej, niż tylko możliwość kontrolowania procesów zachodzących w organizmach żywych.

Zdjęcia cząstek stworzonych przez badaczy z BYU są dostępne na tej stronie. 

DNA DNA origami zasada komplementarności helisa nanotechnologia