27.12.2022, 08:10

Генетики научились «вязать» из ДНК наноструктуры размером с вирус

Генетики из Университета Дюка и Университета Аризоны показали возможности новой программы с открытым исходным кодом. Программное обеспечение, позволяет пользователям брать рисунки или цифровые модели и превращать их в трехмерные структуры, состоящие из ДНК. Такие наноконтейнеры могут применяться в самых разных областях от доставки лекарств до отливки наноэлементов.

Владимир Губайловский

Теги:

ДНК

Наночастицы

Размер этих нанообъектов не превышает размер вируса. В верхнем ряду - схема, в нижнем - съемка электронным микроскопом. Raghu Pradeep Narayanan and Abhay Prasad, Yan lab, Arizona State University.

ДНК — исключительно удобная структура для «вязания» самых разных нанообъектов. Ученые разработали программу для управления такого рода «вязанием». Стало совсем хорошо

Ученые Университета Дюка и Университета Аризоны продемонстрировали удивительный набор наноразмерных ваз, тарелок и полых сфер, вложенных одна в другую как матрешки.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Но ученые использовали для работы не дерева или глину, а нити молекул ДНК, сложенные в трехмерные объекты с нанометровой точностью.

Эти наноструктуры демонстрируют возможности новой программы с открытым исходным кодом, разработанной учеными. Программное обеспечение позволяет пользователям брать цифровые модели и превращать их под управлением ПО в трехмерные структуры, состоящие из ДНК.

Размер наноструктур ДНК, показанных в работе не превышает одной миллионной сантиметра в поперечнике. Более 50 000 из них могут поместиться на булавочной головке.

Но исследователи говорят, что это больше, чем просто нано-скульптуры. Программное обеспечение позволяет создавать контейнеры для доставки лекарств или формы для отливки металлических наночастиц определенной формы для солнечных элементов.

Как строить из ДНК

Процесс создания наноструктуры из ДНК с помощью ПО DNAxiS. https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ade4455

(A) Пользовательский ввод — 3D-модель в формате файла STL, созданная в выбранном пользователем ПО для графического дизайна. (B) Вершины STL создают облако точек. (C) сетка на основе окружностей извлекается из облака точек. (D) Структуру можно выборочно сделать многослойной, добавляя кольца снаружи. (E) спиральный поворот рассчитывается по окружности и используется для преобразования каждого круга сетки в кольцо спирали ДНК. (F) Кроссоверы (фрагменты склеивающие нити ДНК поперек друг с другом) плотно наносятся на шаблон с использованием либо "жадного" алгоритма, либо алгоритма "имитации отжига". (G) Каркасные последовательности применяются к сгенерированным основным последовательностям в пределах заданной длины. (H) Основные последовательности отжигаются с соответствующими каркасами, иногда с несколькими ортогональными последовательностями, если это необходимо, в однореакторной реакции для получения наноструктур ДНК заданной формы.

Для большинства людей ДНК — это генетические инструкции всех живых существ от вирусов до китов. Но для генетиков — это исходный код и строительный материал. Что-то вроде пряжи.

В генетическом коде ДНК есть четыре «буквы» или основания, которые соединяются в клетках, образуя витки ДНК. Эти «буквы» ДНК соединяются друг с другом строго определенным образом — А с Т или С с G — и никак иначе (такие связи называются комплиментарными). Это и использовали исследователи. Создавая нити ДНК с определенными последовательностями оснований (букв), они могут «запрограммировать» нити таким образом, чтобы они складывались в самые разные формы за счет комплиментарных связей.

Несколько длинных фрагментов одноцепочечной ДНК длиной в тысячи оснований с помощью нескольких сотен коротких нитей ДНК («скрепок») можно «сшивать» в самые разные формы.

Программное обеспечение DNAxiS — это первый программный инструмент, который позволяет пользователям создавать эти формы автоматически, используя алгоритмы для определения, где разместить короткие «скрепки» ДНК,

Загрузка статьи...