Технология для предсказания деформации структур ДНК-оригами, вызванной молекулами, связывающимися с ДНК

Исследовательская группа разработала технологию, позволяющую быстро предсказывать механохимические изменения формы наноструктур ДНК-оригами. В команду вошла группа профессора До-Нюна Кима с кафедры машиностроения Инженерного колледжа Сеульского национального университета.

Результаты исследования были опубликованы 31 июля в журнале Nature Communications.

Технология ДНК-оригами, использующая свойство самоорганизации ДНК для проектирования и создания структур заданной формы с наноразмерной точностью, обладает высокой применимостью и активно исследуется в передовых био-конвергентных областях. Особое внимание привлекает технология, использующая изменения условий окружающей среды (например, внутри организма) для изменения формы структур с целью выполнения необходимых функций.

Однако из-за отсутствия технологий моделирования и компьютерного моделирования, позволяющих проектировать такие изменяемые механизмы с пониманием, реализация подобных технологий опиралась на повторяющиеся эксперименты и метод проб и ошибок. Возникла растущая потребность в изучении эффективных методов быстрого анализа механизмов деформации структур на основе геометрических и механических свойств ДНК, которые меняются в зависимости от условий окружающей среды.

Исходя из этой проблемы, исследовательская группа нашла способ быстро предсказывать, как меняется форма структур ДНК-оригами в зависимости от концентрации молекул, связывающихся с ДНК. Команда сначала количественно проанализировала геометрические и механические изменения в ДНК, вызванные связыванием с репрезентативной молекулой, взаимодействующей с ДНК, — бромидом этидия (EtBr), — с помощью молекулярно-динамического моделирования.

Затем, используя эту информацию, рассчитанную на молекулярном уровне, они построили взаимосвязь между концентрацией связывающих молекул и изменениями свойств ДНК и применили её для анализа ДНК-структур. В результате этого процесса они смогли быстро определить механохимическую деформацию структур ДНК-оригами в зависимости от изменения концентрации EtBr.

Эта технология может быть легко расширена для предсказания изменений свойств ДНК из-за связывания с другими молекулами, взаимодействующими с ДНК. Она также может использоваться для проектирования настраиваемых структур ДНК-оригами, способных менять форму в зависимости от концентрации или типа связывающих молекул, что может внести значительный вклад в развитие связанных ДНК-нанотехнологий и различных прикладных исследований.

Исследование проводилось под руководством профессора До-Нюна Кима с кафедры машиностроения Сеульского национального университета при участии научного сотрудника Ли Джэ-Ёна и исследователя Кима Ян-Гюна.