Укрепление основы ДНК-нановолокон

Международная коллаборация, включающая исследователей из Центра наноразмерной науки и технологий NIST и Университета Сан-Франциско в Кито (Эквадор), создала самоорганизующиеся нановолокна из ДНК-блока, содержащего как дуплексную (двухцепочечную), так и квадруплексную (четырехцепочечную) ДНК. Эта работа — первый шаг к созданию новых структурно гетерогенных (квадруплекс/дуплекс), но контролируемых материалов на основе ДНК с новыми свойствами для нанофабрикации методом снизу-вверх, включая самоорганизацию как неорганических материалов (наночастиц), так и компонентов молекулярной электроники.

Новые нановолокна конструируются из предшественников дуплексной ДНК, которые сначала образуют квадруплексную ДНК в присутствии ионов калия, а затем соединяются, формируя волокно. Квадруплексы ДНК — необычные структуры, которые могут образовываться из последовательностей ДНК, богатых нуклеотидом гуанином. Каждая цепь в предшественнике дуплексной ДНК содержит внутренний участок из восьми гуанинов, что создает область неспаренных гуанинов, плюс один сегмент, выступающий за пределы дуплексной области, образуя одноцепочечный "хвост". При добавлении ионов калия дуплексные предшественники самоорганизуются в квадруплексные структуры, а затем в дуплекс/квадруплекс-волокна. Эти волокна были обнаружены в растворе с помощью масс-спектрометрии с электроспреем и гель-электрофореза. Анализ на уровне одной молекулы с помощью атомно-силовой микроскопии показал длину волокон от 250 нм до 2000 нм. Поскольку взаимодействие между четырьмя цепями ДНК происходит в некоторых сегментах волокна, конечные структуры оказываются более жесткими, чем структуры на основе ДНК, построенные только из дуплексных субъединиц. Эта повышенная жесткость должна привести к улучшению паттернирования ДНК для нанотехнологических применений. В отличие от структур ДНК-оригами и ДНК-плиток, основанных исключительно на дуплексной ДНК, исследователи полагают, что, варьируя последовательность дуплексных и квадруплексных субъединиц, они в конечном итоге смогут создавать ДНК-блоки, остающиеся стабильными в диапазоне температур от комнатной до 100 ºC.

По словам руководителя проекта CNST Вероники Салаи, эта работа позволит в будущем интегрировать метод с другими программируемыми методами самоорганизации, такими как ДНК-оригами, а также с другими наноматериалами, например, квантовыми точками, для создания новых многофункциональных биологических наноматериалов.