Изотермическая самосборка многокомпонентных и эволюционирующих ДНК-наноструктур
В новом исследовании, опубликованном в Nature Nanotechnology, Каролин Росси-Жандрон и международная команда ученых использовали буфер без магния, содержащий хлорид натрия, сложные смеси нитей ДНК и белков для изотермической самосборки при комнатной или физиологической температуре в заданные наноструктуры, включая нанорешетки, ДНК-оригами и сборки из одноцепочечных плиток.
Метод и принцип
Самосборка, основанная на термодинамике, протекала по множественным путям фолдинга, что позволило создать высококонфигурируемые наноструктуры. Метод обеспечил самоотбор наиболее стабильной формы в большом пуле конкурентных ДНК-нитей. ДНК-оригами могут изотермически переходить из изначально стабильной формы в радикально другую через обмен связывающими (staple) нитями.
Экспериментальные результаты
Команда провела серию экспериментов в термодинамически регулируемой изотермической среде самосборки:
- Использовался альтернативный буфер, дополненный одновалентными солями для обмена staple-нитей и реконфигурации.
- Наблюдалось образование правильно свернутых острых треугольников при комнатной температуре в течение нескольких часов.
- Концепция была исследована для изотермической самосборки 3D-оригами, демонстрируя возможность спонтанной самосборки при комнатной температуре или температуре тела без термической предобработки.
Механизм и перспективы
Исследование механизмов в реальном времени показало, что достижение равновесной структуры для индивидуального оригами не зависит от одного конкретного пути фолдинга, а использует множество путей. Самосборка является термодинамически регулируемым процессом. При воздействии набора конкурентных staple-нитей самосборка приводила к спонтанной эволюции формы оригами в другую стабильную конструкцию.
Вывод: Использование стандартного солевого буфера и многокомпонентной смеси ДНК-нитей позволяет спонтанно собирать заданные структуры при постоянной температуре. Это открывает возможности для динамических функций в условиях с фиксированной температурой, включая живые системы, и для открытия наноструктур с использованием обширных библиотек ДНК-компонентов.