Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Рисунок 1. Схематическое представление вторичной структуры и трёхмерная модель взаимодействия шпилек RNAI и RNAII.

Рисунок 2. Строительные элементы-рёбра и многоугольники, которые могут быть получены из них.

Рисунок 3. Изображение АСМ полученных РНК-наночастиц.

Рисунок 4. Схема "полностью запрограммированного" шестиугольника.

Рисунок 5. Наночастицы, начинённые короткой интерферирующей РНК (siRNA, показана красным): два варианта размещения siRNA в частице.

Наноструктуры из РНК

Ключевые слова:  РНК, РНК-нанотехнология, самосборка

Опубликовал(а):  Трусов Л. А.

22 января 2011

Предсказание пространственной структуры для произвольной молекулы РНК – нетривиальная задача, которая не имеет общего решения. К счастью, природа создала множество частных случаев молекул РНК, обладающих удивительными свойствами. Молекулярные биологи изучают эти свойства, а задача нанотехнологов – воспользоваться ими во благо человечества.

Именно так и поступила группа учёных из Соединенных Штатов Америки. У кишечной палочки Escherichia coli есть изящная система контроля репликации, основанная на взамодействии двух молекул РНК – RNAI и RNAII. В каждой из этих РНК имеется структурный элемент «шпилька», состоящий из двуцепочечного стебля и одноцепочной петли на вершине стебля. Последовательность нуклеотидов петли RNAI комплементарна последовательности петли RNAII, благодаря чему две молекулы РНК могут взаимодействовать, формируя из двух одноцепочечных участков один двуцепочечный – структуру «kissing loops» (рисунок 1). При этом молекулы располагаются таким образом, что угол между стеблями двух шпилек составляет 120°.

Учёные сообразили, что при помощи таких петель и kissing-взаимодействий можно сконструировать малюсенькие шестиугольники. Идею можно реализовать двумя способами: используя «рёбра» с двумя разными петлями на концах (одна петля из RNAI, другая из RNAII) или два набора ребёр с одинаковыми петлями на концах (рисунок 2, варианты SM и AB, соответственно).

На рисунке 3 можно увидеть изображения АСМ получившихся наночастиц: действительно, образовались многоугольные фигуры, в основном шестиугольники, но также и четырёх-, пяти-, семи-, восьмиугольники (для варианта AB – как и ожидалось, только фигуры с чётным числом сторон, для SM – в том числе с нечётным).

Учёные решили пойти дальше и сконструировать «полностью запрограммированный» набор ребёр, из которых бы гарантированно получались шестиугольники, а не произвольный набор многогранников. Для этого нужно, чтобы в каждой вершине реализовывалось уникальная kissing-структура, подобная RNAI/RNAII (рисунок 4). Но столько структур не существует в природе… Не беда! Учёные сделали в имеющемся RNAI/RNAII мотиве несколько нуклеотидных замен, и на уже отработанной системе посмотрели, как эти замены влияют на способность «ребёр» формировать многоугольники. Некоторые замены, к сожалению, оказались неудачными; из оставшихся, тем не менее, удалось выбрать шесть некомплементарных друг другу наборов.

Теперь учёные умеют собирать наноугольники с длиной ребра всего лишь 6.5 нм – причем, хотите шести-, хотите пятиугольники, а если желаете – то и квадраты. Как показал дальнейший анализ, шестиугольники являются наиболее выгодной формой, а если при этом еще и «сшить» 3'-конец с 5'-концом, то сразу возрастает устойчивость наноструктуры к действию нуклеаз, которые присутствуют в плазме крови.

Зачем же могут понадобиться такие наночастицы? Помимо того, что они красивы, они могут применяться в терапевтических целях – для доставки коротких интерферирующих РНК (siRNA) внутрь клеток. Эти siRNA могут как входить в состав «рёбер», так и образовывать отдельный стебель, перпендикулярный «ребру» (рисунок 5). Учёные опробовали и тот, и другой вариант, и показали, что в обоих случаях структура взаимодействует с белком Dicer in vitro. Dicer – это специальный внутриклеточный белок, который вырезает siRNA из двуцепоченой РНК. Значит, можно ожидать, что после попадания шестиугольничков в клетку природный фермент Dicer вырежет из РНК siRNA-фрагмент и запустит природный механизм подавления активности тех генов, к которым подходит данная siRNA.

Более полное удовольствие от этой работы можно получить, ознакомившись с текстом статьи «Self-Assembling RNA Nanorings Based on RNAI/II Inverse Kissing Complexes», опубликованной в журнале Nano Letters.


Источник: ACS Publications



Комментарии
Природный механизм в данном процессе хорошо заметен, это даёт возможность для дальнейшего исследования кишечной полости. Думаю, что используя эту технологию можно уничтожить вредные бактерии.
Хотелось бы узнать в какой периодике стран СНГ это напечатано?! Я бы обязательно прочитала. Это ведь мировое открытие!!!
Не сказал бы, что это супердостижение.
На основе ДНК такое (и намного сложнее) делают уже довольно давно. РНК значительно более капризна в химсинтезе, чем ДНК, потому с ней особо и не связываются.

Практическое применение тоже сомнительно, ведь РНК-аз существенно больше чем ДНК-аз, следовательно, пощепит эту конструкцию ещё быстрее.
Надо же, сон в руку: а вот вам и статья "Fabrication of Stable and RNase-Resistant RNA Nanoparticles Active in Gearing the Nanomotors for Viral DNA Packaging". Перевод пресс-релиза со всеми ссылками - на НаноНьюсНет.
Трусов Л. А., 24 января 2011 14:06 
Александр Ринатович является приверженцем научной парадигмы "это уже было в Симпсонах"

в любом случае, я вижу смысл заметок в Нанометре не в презентации научных новинок, а более широко - типа, детишки, смотрите-ка что на свете бывает.
хотя можно по-наноньюснетному постить кривые переводы кривых пресс-релизов.
---
Александр Ринатович является приверженцем научной парадигмы "это уже было в Симпсонах"
---

Основателем

А если серьёзно, то самосборка структур из РНК известна давно (например, транспортные). А раз природа это использует, то можно сделать и синтетику. Наработка заметных количеств РНК значтельно труднее, чем ДНК и обходится дороже, притом что комплементарность всё равно выполняется и принципиальных отличий самосборка этих структур не имеет.

Что касается самой заметки на сайте - то тут никаких претензий нет.
Владимир Владимирович, 24 января 2011 18:21 
Основателем

Да ну - "это уже было в Симпсонах" же задолго до Вас, когда и трава была зеленее, и валенки теплее

А заметка замечательная!
Владимир Владимирович, ну, могу я себе скромно польстить
Владимир Владимирович, 25 января 2011 00:51 
Александр Ринатович,
А то! И трава у Вас самая зеленая, и валенки самые теплые!
Я думаю, что этим должны вплотную заняться специалисты, чтобы воздействовать в дальнейшем на структуру ядра.
Kalguzhinova Madina Mailybaevna, 25 января 2011 14:05 
Думаю, что терапевтам просто необходимо узнать о такого рода открытиях.
Терапевты могут и узнать, но смогут ли они это использовать?
Они часто, как и педиатры, считают, что такое им не надо.
Повидимому они без химиков, физиков, биологов не справятся, а также без математиков.
Александр Ринатович, из ДНК такие штуки запросто не соберешь, для ДНК нехарактерно ни формирование шпилек, ни взаимодействие петель. Ну и siRNA из ДНК никак не вырежешь

А что это вдруг РНКаз больше? Ссылку на какие-нибудь цифры не приведёте? А то мне навскидку как-то неочевидно, чего в организме больше и кто работает быстрее.
Айдана Даулетовна, это - мирововое открытие, поэтому напечатано о нем в международном журнале. Ссылка приведена в конце новости; также вы можете попросить полный текст, вам кто-нибудь обязательно пришлет на электронную почту. Только текст на английском языке, у учёных так принято.

Но, пожалуй, Александр Ринатович прав - это не супердостижение; но это интересное сочетание известных элементов. Кто знает, может, именно такими частицами вскоре начнут лечить рак направо и налево

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

 

Г против К
Г против К

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.