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

 

K2
K2

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 × 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

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.