Создание и управление капсулоподобными структурами из ДНК для искусственных молекулярных систем

Биофизики из Японии разработали способы создания и управления капсулоподобными структурами из ДНК, которые могут быть использованы для разработки искусственных молекулярных систем. Такие системы могли бы функционировать, например, внутри человеческого тела. Исследование провели Юсукэ Сато из Университета Тохоку и Масахиро Такиноуэ из Токийского технологического института (Tokyo Tech). Результаты опубликованы в JACS Au.

Создание капсул

Для создания капсул исследователи сначала создали два разных типа ДНК-наноструктур. Каждый тип был собран из трёх одноцепочечных молекул ДНК с «липкими» концами. Из-за различий в их последовательностях ДНК, при смешивании двух типов, соединялись только одинаковые наноструктуры.

Затем Сато и Такиноуэ смешали наноструктуры в растворе с масляной смесью заряженных и незаряженных молекул. Смесь сначала нагрели, затем охладили и изучили под микроскопом.

Результаты и манипуляции

Учёные обнаружили образование капель «вода-в-масле», причём ДНК-наноструктуры скапливались на границе раздела вода-масло. Наноструктуры собирались в различные мозаичные паттерны в зависимости от концентрации каждого типа относительно другого.

Сборка наноструктур происходила более однородно, когда в смесь добавляли дополнительную X-образную ДНК-наноструктуру, чтобы соединить два типа вместе.

Этот метод работал одинаково хорошо как внутри капель «вода-в-масле», так и внутри липидных везикул. Исследователям также удалось отделить ДНК-капсулы от капель и везикул, не нарушая их форму. Наконец, они смогли открыть и разрушить капсулы с помощью специфических ферментов.

Перспективы применения

Результаты демонстрируют подход к конструированию и модификации ДНК-капсул, которые могут иметь различные функции. Например, их можно использовать для доставки веществ к определённым органам-мишеням, высвобождая груз под действием определённых ферментов. Их также можно сделать подвижными, используя ДНК-наноструктуры, которыми можно управлять для изменения формы капсул. Или их можно модифицировать белками или молекулярными устройствами на основе ДНК для создания функциональных компартментов, подобных клеточным мембранам.

«Мы считаем, что функциональные капсулы из ДНК, подобные разработанным нами, могут предложить новый подход для создания капсулярных структур в исследованиях искусственных клеток и молекулярной робототехники», — говорят Сато и Такиноуэ.

В дальнейшем команда планирует работать над внедрением различных типов грузов в капсулы, включая ДНК-информационные процессоры, и их высвобождением в ответ на специфические стимулы.