Ученые из Института биологически вдохновленного проектирования Вайсса (Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering) Гарвардского университета разработали технологию изготовления крошечных кристаллических наноструктур, выступающих в роли своего рода строительных «кирпичиков», похожих на блоки конструктора Лего, используемых для создания более крупных объемных наноструктур.
Эти «кирпичики», в свою очередь, используются в качестве строительного материала для процесса самосборки более больших структур, процесса, который идет по заданной заранее программе и в котором используются принципы, подобные принципам формирования молекул ДНК из определенного набора молекул-оснований.
Используя специально подготовленные наборы «строительного материала», в состав которого входили «кирпичики» 32 различных типов, ученым удалось собрать около 100 видов сложных трехмерных структур, размеры которых сопоставимы с размерами не самых маленьких вирусов. И тaкoй рaзмeр сoздaнныx нaнoструктур приблизитeльнo в 1000 рaз бoльшe рaзмeрoв нaнoструктур, сoздaвaeмыx рaнee при пoмoщи другиx ДНК-мeтoдoв.
Тexнoлoгия сaмoсбoрки наноструктур из «кирпичиков» точно скопирована с принципов сцепления блоков конструктора Лего. Основу этой технологии составляют правила, по которым строятся молекулы ДНК, цепочки которых состоят из пар молекул-оснований, A (аденин) связывается только с Т (тимин), в то время как С (цитозин) связывается только с G (гуанин).
Каждый ДНК-кирпичик создается методом объединения множества оснований, расположенных перпендикулярно друг другу, а местоположение и последовательность сцепки оснований и определяет роль каждого кирпичика в процессе самосборки будущей большой структуры.
Каждый ДНК-кирпичик имеет форму куба, длина грани которого равна длине шести сцепленных оснований. Весь кубический объем кирпичика заполнен «спиралью» из сцепленных 24 оснований, последовательность которых и определяет с каким именно другим кирпичиком может сцепиться оный кирпичик.
Однако, в качестве дополнительных конструкционных элементов ученые используют и ДНК-кирпичики других типов, «одномерные» Z-кристаллы и X-кристаллы, которые вытянуты вдоль осей Z и X, и «двухмерные» ZX-кристаллы и XY-кристаллы.
Специализированная компьютерная программа, разработанная учеными, позволяет начертить фантом наноструктуры, имеющей форму практически любой сложности, которую потребуется построить методом самосборки. Максимальные размеры создаваемых в программе наноструктур составляют без задержки порядка 80 нанометров, но в будущем эти размеры могут быть увеличены чуть ли не до бесконечности, если в этом возникнет обязанность.
Исследователи считают, что разработанная ими технология самосборки из ДНК-кирпичиков окажется полезной для разработки технологий изготовления универсальных неорганических схем различного назначения и других наноразмерных технологий.
Кроме этого, технология может быть использована в так называемой белковой кристаллографии, области, где с атомарной разрешающей способностью изучаются структуры и свойства различных белков, используемых в биотехнологиях, в производстве фармацевтических препаратов и в академической области структурной биологии.
«Разработанная нами ДНК-методика позволяет нам запрограммировать создание сложных объемных структур, узлов сложных молекулярных машин и таких машин под целиком» — рассказывает Уильям Ших (William Shih), один из участников данных исследований, — «А многосложность создаваемых таким образом объектов не уступает, а зачастую и превосходит сложность подобных объектов естественного происхождения».
Калейдоскоп:
Молекулы ДНК могут использоваться для надежного хранения цифровых данных, произведенных всем человечеством
Музыкальная группа OK Go выпустит первый в мире альбом, записанный в виде последовательности цепочки молекулы ДНК
Технологии использования ДНК для долгосрочного хранения становятся немного ближе к реальности
