Warning: Cannot modify header information - headers already sent by (output started at /nano-data/main/resources.obj.php:5902) in /nano-data/main/resources.obj.php on line 5089
Наношкатулки
Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Рисунок 1. Схема создания наношкатулки. (a) ДНК бактериофага М13; (b) после добавления первой порции олигонуклеотидов формируются прямоугольники боковых граней, (с) которые затем при помощи второй порции олигонуклеотидов собираются в наношкатулку.

Рисунок 2. Изображение АСМ последовательных этапов сборки наношкатулки.

Рисунок 3. Наношкатулка с открытой крышкой (тоже АСМ).

Рисунок 4. Процесс открывания крышки. (d) Спектр флуоресценции закрытых наношкатулок (черная кривая) и шкатулок через 35 минут после добавления "ключей" (красная кривая). (е) Изменение флуоресценции Cy5 при добавлении постороннего (контрольного) олигонуклеотида (черная кривая) и "ключа" (красная кривая). Момент добавления олигонуклеотидов отмечен стрелкой.

Рисунок 5. Реконструкция отдельных наношкатулок на основе изображений ПЭМ замороженных образцов. Внизу слева - модель.

Наношкатулки

Ключевые слова:  ДНК, ДНК-оригами, самосборка

Опубликовал(а):  Трусов Л. А.

14 мая 2009

Уникальная способность фрагментов ДНК связываться с комплементарными им последовательностями давно возбуждает умы ученых мужей. Это удивительное свойство, лежащее в основе наследственности, нашло применение и в областях, далеких от биологии, клеток и генов. На основе правильно подобранных, частично комплементарных друг другу наборов олигонуклеотидов можно конструировать нанообъекты заданной формы, которые чудесным образом собираются «снизу вверх» из линейных предшественников.

Конструирование из ДНК оказалось весьма увлекательным занятием и даже получило название – ДНК-оригами. Теперь возможности ученых ограничены только собственной фантазией – вот и стараются, придумывают, что бы такое сложить замысловатое и полезное, а не просто улыбающиеся рожицы.

Датские ученые, например, перешли к конструированию трехмерных объектов и создали настоящую наношкатулку. Собирают эту конструкцию из одной длинной молекулы ДНК, которую скрепляют при помощи коротких синтетических олигонуклеотидов, придавая желаемую форму. В качестве длинной ДНК ученые выбрали ДНК бактериофага М13: это кольцевая одноцепочечная ДНК длиной 7349 нуклеотидов. Сборка шкатулки осуществляется последовательно. Сначала добавляют те олигонуклеотиды, которые помогают сформировать грани. Затем эти грани соединяют друг с другом при помощи другого набора фрагментов ДНК (рисунки 1 и 2). При этом можно «сшить» не все грани, оставив одну (или даже две) в качестве крышки для наношкатулки (рисунок 3). Самое сложное - это правильно подобрать последовательности олигонуклеотидов (это делается при помощи специальной программы для компьютера), остальное происходит "само собой".

Особый шик шкатулке придает нанозамочек. Он представляет собой два комплементарных фрагмента ДНК (опять они!). Первая половина замочка связана с крышкой, вторая – со стенкой шкатулки. Одна цепь немного длиннее другой, так что после формирования двойной спирали у замочка остается «липкий конец». Шкатулка при этом закрыта. Отпирается замочек при помощи все того же комплементарного связывания (без него никуда). Ключом служит короткая последовательность ДНК, которая полностью, включая «липкий конец», комплементарна длинной половине замочка. Она связывается сначала с выступающим фрагментом ДНК, а затем и со всей длинной половиной замочка, вытесняя вторую цепь из комплекса и открывая крышку. За этим процессом исследователи наблюдали по изменению флуоресценции хромофора (рисунок 4). В случае, когда крышка закрыта, два флуорофора, Cy5 и Cy3, находятся и в непосредственной близости друг от друга, и при возбуждении Cy3 благодаря флуоресцентному резонансному переносу энергии (FRET) наблюдается красная флуоресценция Cy5. После добавлениия "ключа" приблизительно через минуту крышка открывается, красители оказываются далеко друг от друга, и при возбуждении Cy3 наблюдается его зеленая флуоресценция.

Таким образом, получившиеся шкатулки можно закрывать и открывать контролируемым образом и, что кажется исследователям особенно важным, это можно делать в физиологических условиях (например, в живых клетках). В мечтах они уже поместили в наношкатулку и рибосомы, и ферменты, и вирусы. Замочек же можно подобрать таким образом, чтобы ключик, скажем, имелся лишь у определенных клеток. Нафантазировать тут можно много – только успевай проверять.

Работа "Self-assembly of a nanoscale DNA box with a controllable lid" опубликована в Nature.


Источник: Nature



Комментарии
ОупС... У нас такое задание по ДНК-оригами было на очном туре по биологии у школьников... только нам надо было постороить нано-пинцет, соблюдая условия осуществления флюресценции - вот это было реальное задание!!!!!!
Замочек, похоже, одноразовый. После открывания его снова не закроешь.

Но фантазия у авторов богатая
А собираются они по одной штуке или массово?
Собираются массово. Но сам процесс офигительно дорогой
Потрясающая работа, вообще-то заниматься оригами (японским искусством складывания трехмерных фигурок из квадратных листов, которому несколько тысяч лет) очень интересно и на макроуровне.
Александр Ринатович, если "ключ" - самый легкоплавкий дуплекс (а судя по длине последовательностей, вполне возможно, что так и есть), то "замочек" очень даже многоразовый.
Нагрели чуть-чуть, отмыли "ключик", и привет. Должны закрыться.
Не уверен.
Ключ имеет длину порядка 24 букв. Причём он обогащён C и G. (если я правильно помню - они дают более прочную комплиментарную связь и повышают температуру плавления дуплекса)

Праймеры, связывающие стенки имеют длину порядка 30 букв, что даёт два дуплекса по 15. В общем, при попытке отодрать ключик шкатулка может и развалиться.

Кстати, процесс открывания замка - это "изотермическое плавление дуплекса"?
Не знаю
Ну, я просто хотела сказать, что если постараться, то можно и многоразовый замочек слепить.
Да, короткие у них там сшивки, Вы правы.

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

 

Ягоды
Ягоды

Завершается прием работ на Московский городской конкурс
В рамках Московского городского конкурса продолжается прием работ в секцию НАНОТЕХНОЛОГИИ

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ» (Интересные научные события 2020 года от Американского физического общества (APS): Новый век сверхпроводимости. Магические углы в графене. Новые рекорды LIGO и Virgo: сверхмассивные и асимметричные слияния черных дыр. Свет от темной материи в эксперименте Xenon. Чего не хватает для создания квантового интернета? Коперниканский переворот в нейронных сетях. Червякомешалка. Вселенский метроном и предел точности атомных часов. Благородные металлы и графен против токсичных газов. Мультиферроик с ферродолинным упорядочением. Борные сенсоры азотосодержащих загрязнителей.

Наносистемы: физика, химия, математика (2020, Т. 11, № 6)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume11/11-6
Там же можно скачать номер журнала целиком.

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.