Нано-мяч из ДНК

Команда Гюнтера фон Кидровски из Рурского университета в Бохуме создала додекаэдр (геометрическую фигуру с двенадцатью гранями) из строительных блоков ДНК. Как сообщается в журнале Angewandte Chemie, эти объекты образуются в процессе самосборки из 20 индивидуальных трисолигонуклеотидов — строительных блоков, состоящих из «разветвленного соединения» и трёх коротких цепей ДНК.

Правильный додекаэдр состоит из 12 одинаковых пятиугольников, по три в каждой вершине, что даёт структуру с 30 рёбрами и 20 вершинами. Для создания полого додекаэдра учёные использовали 20 «трёхногих» строительных блоков (три цепи ДНК, соединённые в одной точке).

Центры этих блоков представляют собой вершины додекаэдра. Три ребра, выходящие из каждой вершины, образуются, когда одиночная цепь ДНК превращает два соседних связующих компонента в двойную цепь.

Чтобы процесс привёл именно к додекаэдру, а не к случайному объекту, все цепи ДНК должны иметь разную последовательность. При этом среди них должны быть пары комплементарных цепей, способных связываться друг с другом.

С помощью компьютерной программы исследователи определили набор из 30 независимых, 15-парных, двуцепочечных последовательностей ДНК со схожими физическими свойствами. Эти последовательности были присвоены конкретным рёбрам и вершинам додекаэдра. Затем было вычислено, какие три одноцепочечные последовательности нужно присоединить к каждому трёхногому соединению для формирования заданной структуры.

Команда синтезировала 20 рассчитанных трисолигонуклеотидов методом твердофазного синтеза. Три цепи ДНК всегда присоединялись через ароматическое шестичленное углеродное кольцо. При смешивании в равных частях в буферном растворе эти блоки агрегируют с образованием ожидаемого продукта — правильных додекаэдров. Изображения атомно-силовой микроскопии показывают однородные частицы диаметром около 20 нм. Под давлением додекаэдры довольно гибки и могут деформироваться, как «мягкие мячи», без повреждений.

Если трисолигонуклеотиды оснастить дополнительными «руками», додекаэдры можно функционализировать дополнительными молекулами. Таким образом в будущем могут стать доступными высококомплексные наноконструкты, напоминающие по форме и размеру маленькие вирусы. Потенциальные области применения варьируются от медицинской диагностики до наноэлектроники.