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

 

Золотое руно
Золотое руно

Интервью с участниками, авторами задач и организаторами XIII Олимпиады
Предлагаем ознакомиться с подборкой видеороликов - миниинтервью, взятых в течение очного тура XIII Всероссийской Интернет-олимпиады по нанотехнологиям "Нанотехнологии - прорыв в будущее!" (25 - 30 марта 2019 года).

Неделя Олега Лосева
Портал RSCI.RU и инициаторы проведения "Недель Олега Лосева" приглашают все вузы и факультеты физико-технологического и радиоэлектронного профиля к участию в первой Неделе Олега Лосева в Рунете, посвященной Олегу Владимировичу Лосеву - признанному пионеру полупроводниковой электроники и оптоэлектроники.

Магистратура Московского университета по химической технологии
Химический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова объявляет о приеме в магистратуру "Химическая технология" для подготовки специалистов в области полимерных композиционных материалов, углеродных материалов, защитных покрытий.

Интервью с Константином Козловым - абсолютным победителем XIII Наноолимпиады
Семенова Анна Александровна
Школьник 11 класса Константин Козлов (г. Москва) стал абсолютным победителем Олимпиады "Нанотехнологии - прорыв в будущее!" 2018/2019 по комплексу предметов "физика, химия, математика, биология". О своих впечатлениях, увлечениях и немного о планах на будущее Константин поделился с нами в интервью.

Микроэлементарно, Ватсон: как микроэлементы действуют на организм
Алексей Тиньков
Как на нас воздействуют кадмий, ртуть, цинк, медь и другие элементы таблицы Менделеева рассказал сотрудник кафедры медицинской элементологии РУДН Алексей Тиньков в интервью Indicator.Ru

Зимняя научная конференция студентов 4 курса ФНМ МГУ 22-23 января 2019 г.
Сафронова Т.В.
Настоящий сборник содержит тезисы докладов зимней научной студенческой конференции студентов 4-го курса ФНМ

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!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
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.