Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рисунок 1. Схема наноустройства для детектирования единичных молекул ДНК.
Рисунок 2. Этапы сборки: к молекулам F1-АТФазы, нанесенным на подложку, присоединяются молекулы ДНК благодаря взаимодействию авидина и биотина (i); золотые наночастицы связываются с другим концом ДНК (ii); при добавлении ионов магния и АТФ F1-АТФаза начинает вращать частицу золота (iii).
Рисунок 3. Молекулы F1-АТФазы на подложке (АСМ).
Рисунок 4. Схема синтеза молекул ДНК, содержащих по молекуле биотина с каждого конца, в случае, когда матрица полностью комплементарна зондам (A). В случае некомплементарной ДНК такие же манипуляции приводят к образованию молекулы ДНК, содержащей биотин лишь на одном конце (B).
Рисунок 5. А вот и золотые наночастицы, мерцание которых можно наблюдать в микроскоп в случае успешной сборки нанодетектора (ПЭМ).

Молекулярный мотор для детектирования единичных молекул ДНК

Ключевые слова:  ДНК, золотые наночастицы, молекулярный мотор

Опубликовал(а):  Трусов Л. А.

30 апреля 2008

Ученые из Аризоны (США) придумали способ, позволяющий избирательно детектировать ДНК, содержащуюся в пробе в зептомолярных количествах. Необходимое для детектирования устройство состоит из трех основных частей. Во-первых, это молекулярный наномотор F1-АТФаза – компонент сложного ферментативного комплекса, отвечающего в организме за синтез АТФ. Эти молекулы связаны с авидином и прикреплены к подложке, покрытой Ni-NTA, при помощи шестигистинового тэга. Вторым важным компонентом системы являются золотые наночастицы, к которым также присоединен авидин. Наконец, третья необходимая составляющая – это молекула ДНК, на обоих концах которой имеется по молекуле биотина. Биотин способен прочно связываться с авидином – таким образом, при наличии всех трех компонентов в системе собираются наноустройства, изображенные на рисунке 1. А затем начинается самое интересное: если к готовой, полностью собранной системе добавить Mg2+ и AТФ, ротор компонента F1-АТФазы начнет вращаться, вращая и золотую наночастицу, прочно прикрепленную к наномотору при помощи ДНК! Результат в виде мерцания можно наблюдать в микроскоп, отличая таким образом целевое связывание от фона, вызванного неспецифичным связыванием частиц золота с подложкой. Этапы сборки наноустройства представлены на рисунке 2.

При нанесении молекул F1-АТФазы на подложку исследователи подобрали концентрацию молекул так, чтобы они располагались друг от друга на достаточном расстоянии: чтобы одна молекула ДНК не могла связаться обоими концами с двумя соседними молекулами F1-АТФазы, и чтобы собранные устройства не мешали друг другу во время вращения наночастиц золота (рисунок 3).

Понятно, что описанные наноустройства будут работать только в том случае, если в системе имеется биотинилированная с двух концов ДНК, способная связать F1-АТФазу и золотую частицу в единое целое. Одна дибиотинилированная ДНК соответствует одной молекуле определяемой ДНК. Чтобы этого добиться, необходимо изготовить два олигонуклеотидных зонда, один из которых связан с биотином со стороны 3’-конца, другой – с 5’-конца. Эти зонды комплементарны определяемому фрагменту ДНК и вместе полностью покрывают его. После добавления зондов к образцу смесь нагревают, чтобы разрушить двуцепочечные структуры ДНК, а затем охлаждают, чтобы двойные спирали вновь сформировались, но теперь уже между ДНК-мишенью и зондами. Затем к смеси добавляют ДНК-лигазу – фермент, сшивающий фрагменты ДНК в местах разрывов двуцепочечной ДНК. Если последовательность ДНК полностью комплементарна двум зондам (ситуация, изображенная на рисунке 4A), то в результате работы лигазы образуется двуцепочечная ДНК без разрывов, и последующее добавление ДНК-полимеразы не приводит ни к каким изменениям.

Ситуация меняется, если зонды не полностью комплементарны целевой ДНК (рисунок 4B). В этом случае лигаза не срабатывает, и после добавления ДНК-полимеразы, которая обладает также экзонуклеазной активностью, полимераза синтезирует новую цепь ДНК, начиная с места разрыва и разрушая при этом один из зондов. В результате формируется ДНК, биотинилированная лишь с одной стороны – и, разумеется, сигнал в виде крутящихся золотых наночастиц от такой ДНК получен не будет.

Таким образом, метод позволяет распознавать точечные замены в молекулах ДНК, что часто как раз и требуется при анализе генетических заболеваний, обнаружении патогенов и онкогенов. Работа «Single-molecule detection of DNA via sequence-specific links between F1-ATPase motors and gold nanorod sensors» опубликована в Lab on a Chip. А авторы тем временем работают над созданием аналогичной системы, но уже для детектирования белков.

Также можно ознакомиться с видео-роликом (3.37 Мб), в котором весело мигают красные точки.


Источник: RSC Publishing




Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Одноэлектронная ловушка
Одноэлектронная ловушка

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Механизмы механо-бактерицидного действия наноструктурных поверхностей. Кубан и кубаноиды. Оптический гетеродин для измерения времени сверхкоротких импульсов. Трещать по швам правильно: однонаправленный разрыв метаматериала.

Завершается прием работ части конкурсов наноолимпиады
31 января завершается прием работ части конкурсов олимпиады "Нанотехнологии - прорв в будущее!"

В магистратуру - с наукой и без экзаменов: конкурс "Науке нужен ты!" для поступающих в магистратуру
Открыт прием заявок на конкурс «Науке нужен ты!», главный приз которого – поступление в магистратуру факультета лазерной фотоники и оптоэлектроники Университета ИТМО.

Спинтроника и iPod
В.В.Уточникова
В 1988 году Альберт Ферт и Петер Грюнберг независимо друг от друга обнаружили, что электросопротивление композитов, составленных из чередующихся слоев магнитного и немагнитного металла может невероятно сильно меняться при приложении магнитного поля. В течение десятилетия это, казалось бы, эзотерическое наблюдение революционным образом изменило электронную промышленность, позволяя накапливать на жестких дисках все возрастающий объем информации.

ДНК правит компьютером
Бидыло Тимофей Иванович
Наиболее вероятно, что главным революционным отличием процессоров будущего станут объемная (3D) архитектура и наноразмер составляющих, что позволит головокружительно увеличить количество элементов. Сегодня кремниевые технологии приближаются к своему технологическому пределу, и ученые ищут адекватную замену кремниевой логике. Клеточные автоматы, спиновые транзисторы, элементы логики на молекулах, транзисторы на нанотрубках, ДНК-вычисления…

Будущее техники отразилось в идеальном нанозеркале
Кушнир Сергей Евгеньевич
Свыше 99,9% падающего излучения отражает новое зеркало, построенное физиками США. А ведь толщина его составляет всего-то 0,23 микрометра. Специалисты говорят, что новинка способна улучшить параметры многих компьютерных устройств, где применяется лазерная оптика.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.