Канадские ученые создали самую крошечную в мире антенну из ДНК

Наноантенна состоит из ДНК, молекул размером примерно в 20 тысяч меньше человеческого волоса. Кроме того, она способна флуоресцировать, используя световые сигналы для записи и передачи информации. 

Инновационность разработанной антенны заключается и в том, что ее приемная часть может следить за молекулярной поверхностью изучаемого белка. Таким образом, когда белок выполняет свою биологическую функцию, антенна подает определенный сигнал.

«Как и двусторонний передатчик, который может принимать и отправлять радиоволны, флуоресцентная наноантенна принимает свет одного цвета или длины волны и в зависимости от движения белка, которое она зафиксировала, возвращает свет другого цвета, который мы можем определить», — поясняет химик Алексис Валле-Белиль из Монреальского университета (UdeM) в Канаде.

В частности, задача антенны состоит в том, чтобы измерять структурные изменения в белках с течением времени. Белки — это крупные и сложные молекулы, которые выполняют разнообразные важные задачи в организме, от поддержки иммунной системы до регулирования функций органов.

При этом белки постоянно переходят из одного состояния в другое, а их структура постоянно меняется. Этот сложный процесс называют динамикой белков. И фактически сейчас не существует хороших инструментов для отслеживания динамики этих белков в действии.

Изображение: Caitlin Monney

«Экспериментальное изучение переходных состояний белка остается серьезной проблемой, поскольку методы с высоким структурным разрешением, включая ядерный магнитный резонанс и рентгеновскую кристаллографию, часто нельзя непосредственно применены для изучения короткоживущих состояний белка», — отмечается в статье.

Новейшая технология синтеза ДНК, находящаяся в разработке около 40 лет, позволяет создавать индивидуальные наноструктуры различной длины и гибкости, оптимизированные для выполнения требуемых функций.

Одно из преимуществ этой сверхмалой антенны перед другими методами анализа заключается в том, что она способна улавливать очень кратковременные состояния белка. Таким образом, отмечают исследователи, у нее есть множество потенциальных применений, как в биохимии, так и в нанотехнологиях в целом.

«Например, мы смогли впервые обнаружить в режиме реального времени взаимодействие фермента щелочной фосфатазы с различными биологическими молекулами и лекарствами, — комментирует химик Скотт Харрун из UdeM. — Этот фермент участвует во многих заболеваниях, включая различные виды рака и воспаление кишечника».

Исследуя универсальность антенны, команда успешно протестировала ее на трех различных модельных белках — стрептавидине, щелочной фосфатазе и G-белке. Однако потенциал разработки гораздо шире.

«Наноантенны можно использовать для мониторинга различных биомолекулярных механизмов в режиме реального времени, включая небольшие и большие конформационные изменения — в принципе, любых событий, которые могут повлиять на излучение флуоресценции красителя», — пишет команда в своей статье.

ДНК все чаще используют в качестве строительного блока, который можно синтезировать и которым можно управлять, создавая наноструктуры, подобные описанной антенне. Химические свойства ДНК относительно просто программировать, а после этого — довольно легко использовать.

Сейчас исследователи собираются создать промышленный стартап, чтобы технология наноантенны могла быть использована другими организациями, будь то фармацевтические компании или другие исследовательские группы.

«Возможно, наиболее всего нас вдохновляет осознание того, что многие лаборатории по всему миру, оснащенные обычным спектрофлуорометром, могут легко использовать эти наноантенны для изучения их любимого белка, например, чтобы найти новые лекарства или разработать новые нанотехнологий», — говорит Валле-Белиль.

Источник.

Фото на обложке: Karrrtinki / Shutterstock