Модульная платформа на основе ДНК-оригами для создания гибких биосенсоров
Биосенсоры играют ключевую роль в медицинских исследованиях и диагностике, но обычно требуют специальной разработки для каждого применения. Команда химиков из LMU под руководством Филипа Тиннефельда разработала общую модульную стратегию для создания сенсоров, которые можно легко адаптировать под различные целевые молекулы и диапазоны концентраций.
Как сообщают исследователи в журнале Nature Nanotechnology, их новый модульный сенсор может значительно ускорить разработку новых диагностических инструментов.
Принцип работы
Сенсор использует каркас из ДНК-оригами, состоящий из двух "рук", соединённых молекулярным "шарниром". Каждая "рука" помечена флуоресцентной меткой, а расстояние между ними регистрируется с помощью флуоресцентного резонансного переноса энергии (FRET). В закрытом состоянии "руки" параллельны, а при открытии структуры они раскрываются, образуя угол до 90°.
"В результате такого большого конформационного изменения флуоресцентный сигнал также существенно меняется, — объясняет Виктория Глембоцките, ведущий автор исследования. — Это позволяет измерять сигналы с гораздо большей чёткостью и точностью, чем в системах с малыми конформационными изменениями".
Кооперативные эффекты и адаптация
Оригами-каркас можно оснастить сайтами связывания для различных биомолекулярных мишеней: нуклеиновых кислот, антител и белков. Состояние сенсора (открытое или закрытое) зависит от связывания целевой молекулы с каркасом. Сенсор можно целенаправленно адаптировать и оптимизировать, добавляя дополнительные сайты связывания или стабилизирующие цепи ДНК.
"Относительно легко спроектировать оригами так, чтобы одновременно проверялось несколько молекулярных взаимодействий между целевой молекулой и сенсором, — объясняет Тиннефельд. — Эти множественные связи приводят к интересным кооперативным эффектам, которые позволяют специфически контролировать чувствительность сенсора, не вмешиваясь в сами биомолекулярные взаимодействия — то есть в силу, с которой целевая молекула связывается со своим сайтом. Эта гибкость — большое преимущество нашей системы".
Исследователи планируют в дальнейшем оптимизировать сенсор для биомедицинских и других применений. Одной из возможных областей могут стать сенсоры, которые отслеживают различные параметры и высвобождают активные агенты при определённых условиях.