Буквально на днях в новостях прошли сообщения о том, что ученым удалось сделать «наногоршок» из нитей ДНК. Вообще-то уже давно об это разговоры идут: дескать, создают ученые из ДНК разные хитрые структуры, какие природе и не снились. Да, действительно. Уже целая технология появилась, называется ДНК-оригами. Что же это за методика такая, какое отношение она имеет к японскому искусству создания бумажных фигур и для чего вообще ученым использовать "молекулы жизни" таким странным образом? А дело вот в чем. ДНК-оригами - очень молодая техника.
Ее придумал американский исследователь Пол Ротмунд в 2006 году. Статья с описанием необычной технологии складывания из ДНК хитроумных структур вышла в одном из самых авторитетных научных журналов - в Nature. Как рассказал сам Ротмунд, идея использовать ДНК в качестве "наностроительного" материала пришла к нему после того, как он обратил внимание на одно характерное свойство нитей дезоксирибонуклеиновой кислоты. Именно благодаря этому свойству молекула и стала носителем генетической информации у всех живых существ (кроме вирусов – но они не живые), населяющих планету Земля.
Это свойство ДНК было названо комплементарностью. Суть его в том, что цепи ДНК определенной последовательности могут прочно соединяться друг с другом, а цепи, составленные из другого сочетания элементарных "кирпичиков", практически не взаимодействуют между собой. Благодаря свойству комплементарности наследственная информация хранится в клетках живых организмов сразу в двух копиях. Эти две нити ДНК, одна из которых несет собственно генетические данные, а вторая является как бы ее "зеркальным отображением", соединяются в ту самую знаменитую двойную спираль, которая намного более устойчива, нежели каждая из нитей по отдельности.
Ротмунд понял, что, используя свойство комплементарности, можно заставить ДНК сворачиваться в самые разнообразные структуры, в том числе и в геометрически правильные. Просто для того чтобы добиться желаемого результата, необходимо использовать не случайные нити ДНК, взятые из геномов живых существ, а ДНК со строго просчитанной последовательностью - такой, чтобы при соединении комплементарных участков исходная цепь изгибалась на нужный угол.
Создание разнообразных фигур с использованием техники ДНК-оригами не требует много времени. Сам Ротмунд пишет, что на расчет последовательностей фрагментов ДНК для создания той или иной структуры уходит, в среднем, неделя (правда, предварительно ученый потратил три месяца на написание соответствующей компьютерной программы).
Еще неделя нужна для того, чтобы биотехнологические компании, которых на рынке очень много, синтезировали требуемые отрезки ДНК. Собственно сборка структур занимает несколько часов. Основную сложность представляет не создание ДНК-конструкций, а их визуализация - рассмотреть произведения ДНК-оригами можно только при помощи мощного атомно-силового микроскопа.
Чтобы продемонстрировать возможности придуманной им технологии, для своей статьи 2006 года Ротмунд насинтезировал множество различных фигур - от квадратов и треугольников до улыбающихся рожиц, текстов и сложных цветочных узоров. Позже ученый сложил из ДНК-оригами карты обеих Америк и Китая (разумеется, карты эти имели наноразмеры).
Первое время последователи Ротмунда также создавали только двумерные структуры, но вскоре ученые освоили технологию производства 3D-объектов из ДНК, например, наногоршки, наношестеренки и наномячи или созданные в 2009 году кубические коробочки размером 42х36х36 нанометров, которые закрывались откидной крышкой, запирающейся на ДНК-ключ.
Может, конечно, возникнуть вопрос, а зачем, собственно, нужны все эти крошечные ДНК-изделия. Самый очевидный ответ - в трехмерные ДНК-контейнеры можно запаковывать лекарства и доставлять их непосредственно к больным органам и тканям. Есть применение и для 2D-структур, причем не исключено, что даже более перспективное. Из двумерных ДНК-конструкций можно создавать каркасы для последующей сборки на них каких-нибудь сложных агрегатов, например, компьютерных чипов или биохимических фабрик – на нитях ДНК можно, например, закреплять ферменты, работающие на таких фабриках, в нужном ученым порядке.
