Химики создали самую маленькую в мире антенну из ДНК для отслеживания движений белков

Исследователи из Университета Монреаля разработали наноантенну для мониторинга движений белков. Устройство, описанное на этой неделе в Nature Methods, представляет собой новый метод наблюдения за изменением структуры белков во времени. Это может значительно помочь учёным в понимании природных и созданных человеком нанотехнологий.

Антенна, работающая как двусторонняя рация

«В последние годы химики осознали, что ДНК также можно использовать для создания различных наноструктур и наномашин», — пояснил старший автор исследования, профессор химии Алексис Валле-Белиз.

«Вдохновившись "лего"-подобными свойствами ДНК, строительные блоки которой обычно в 20 000 раз меньше человеческого волоса, мы создали флуоресцентную наноантенну на основе ДНК, которая может помочь охарактеризовать функцию белков», — сказал он.

«Как двусторонняя рация, которая может и принимать, и передавать радиоволны, флуоресцентная наноантенна принимает свет одного цвета или длины волны и, в зависимости от ощущаемого движения белка, передаёт свет обратно в другом цвете, который мы можем обнаружить».

Одним из главных преимуществ использования ДНК для создания таких наноантенн является относительная простота и программируемость химии ДНК. «Наноантенны на основе ДНК можно синтезировать с разной длиной и гибкостью для оптимизации их функции. Можно легко присоединить флуоресцентную молекулу к ДНК, а затем прикрепить эту флуоресцентную наноантенну к биологической наномашине, например, ферменту», — отметил Скотт Харрун, докторант и первый автор исследования.

«Тщательно настроив дизайн наноантенны, мы создали антенну длиной пять нанометров, которая производит отчётливый сигнал, когда белок выполняет свою биологическую функцию».

Применение и перспективы

Учёные считают, что флуоресцентные наноантенны открывают множество новых возможностей в биохимии и нанотехнологиях.

«Например, мы впервые смогли в реальном времени детектировать функцию фермента щелочной фосфатазы с различными биологическими молекулами и лекарствами. Этот фермент вовлечён во многие заболевания, включая различные виды рака и воспаления кишечника», — сказал Харрун.

«Помимо помощи в понимании того, как функционируют или дают сбой природные наномашины, что приводит к болезням, этот новый метод также может помочь химикам идентифицировать многообещающие новые лекарства, а также направлять наноинженеров в разработке улучшенных наномашин», — добавил соавтор исследования Доминик Лозон.

Важным достижением является простота использования этих наноантенн. «Возможно, больше всего нас воодушевляет то, что многие лаборатории по всему миру, оснащённые обычным спектрофлуориметром, могли бы легко использовать эти наноантенны для изучения своих любимых белков, например, для идентификации новых лекарств или разработки новых нанотехнологий», — заключил Валле-Белиз.

Исследователи настолько воодушевлены результатами, что работают над созданием стартапа для коммерциализации технологии и обеспечения её доступности для большинства исследователей и фармацевтической промышленности.