211service.com
Tkanie beczek z DNA
Dobre rzeczy naprawdę przychodzą w małych opakowaniach, zgodnie z grupa studentów na Uniwersytecie Harvarda. Skonstruowali maleńki pojemnik – o średnicy około 30 nanometrów – wykonany w całości z DNA, który pewnego dnia może zostać wykorzystany do dostarczania leków lub terapii opartych na genach lub białkach do określonych tkanek w ciele.
Studenci z Harvardu zaprojektowali sekwencję DNA, która składa się w maleńki, wydrążony pojemnik.
Wiemy, że DNA to bardzo stabilny materiał budowlany – mówi Valerie Hoi-Ting Lau, jedna ze studentek zaangażowanych w projekt. Teraz staramy się wykorzystać fakt, że jest programowalny. Lau i inni zaprezentowali swoją beczkę na Międzynarodowe maszyny inżynierii genetycznej konkurs na MIT na początku tego miesiąca (patrz Bizarre Bacteria Creations ).
Multimedia
POKAZ SLAJDÓW: Zobacz beczkę
Świat architektury DNA eksplodował w ostatnich latach, a naukowcy budują dwuwymiarowe buźki i złożone mapy, a także trójwymiarowe ośmiokąty. Substancje chemiczne, które tworzą długie, zwijające się cząsteczki DNA, wiążą się ze sobą zgodnie z przewidywalnym zestawem reguł, dzięki czemu możliwe jest zaprojektowanie sekwencji DNA, które uformują się w różne kształty.
Podczas gdy wcześniej zaprojektowanie i skonstruowanie architektury DNA zajmowało lata, metoda opracowana na początku tego roku zapewnia stosunkowo łatwy sposób programowania DNA w określonych kształtach (patrz Nanotech zrób to sam). Pojedyncza długa nić DNA jest usiana krótszymi fragmentami specjalnie zaprojektowanych sekwencji DNA, które działają jak chemiczny odpowiednik zszywek. Każdy fragment będzie wiązał się tylko z określonym miejscem na cząsteczce DNA. Strategiczne umieszczenie tych zszywek wzdłuż nici DNA pozwala cząsteczce na samoorganizację w różne kształty.
Adaptując tę metodę do budowania struktur trójwymiarowych, uczniowie i ich opiekunowie William Shih , naukowiec z Harvardu, który był liderem w dziedzinie architektury DNA, zaprojektował sekwencję DNA, która składałaby się w maleńki, pusty pojemnik. Ostateczna struktura, która ma kształt otwartej beczki, składa się z pojedynczej cząsteczki DNA, która porusza się zygzakiem, tworząc pofałdowany arkusz. Arkusz jest zaprogramowany tak, aby zakrzywiał się wokół siebie, tworząc dwuścienny cylinder. (Kliknij tutaj aby zobaczyć zdjęcia beczki.)
To był naprawdę przełomowy wynik, mówi Shih. Poprzednie pojemniki DNA, takie jak ośmiokąty, miały w ścianach duże dziury, ale naukowcy uważają, że ściany tej struktury są dość solidne, co teoretycznie pozwala na bezpieczne zamykanie w beczce skarbów o rozmiarach nanometrowych.
Ponadto niektóre struktury oparte na DNA mają wrodzoną wiotkość, która powoduje, że trójwymiarowe kształty się zapadają. Ale metoda budowania użyta do stworzenia beczki – układanie szeregu helis DNA w strukturę plisowanego arkusza – wydaje się zapewniać nową siłę. Podejrzewam, że styl Shiha tworzenia trójwymiarowych struktur okaże się szczególnie sztywny, mówi Paweł Rothemund , naukowiec z California Institute of Technology w Pasadenie w Kalifornii, który opracował metodę, na której opiera się projekt.
Rothemund dodaje, że jednym z najbardziej skomplikowanych aspektów architektury DNA jest potwierdzenie, że gotowa konstrukcja przyjmuje kształt oryginalnego projektu. Studenci z Harvardu zrobili zdjęcia swojej beczki DNA za pomocą mikroskopu elektronowego, co pokazuje, że ma ona odpowiedni rozmiar i kształt. Przeprowadzili również wstępne testy, aby ustalić, czy lufa może naprawdę chronić swój ładunek przed środowiskiem zewnętrznym. Rzeczywiście, odkryli, że substancja chemiczna umieszczona wewnątrz beczki jest skutecznie chroniona przed inną substancją chemiczną, która zwykle się z nią wiąże.
Jeśli uczniowie zdołają uruchomić swoje dzieło, pokonają jeden z utrzymujących się problemów z projektami opartymi na DNA: znalezienie praktycznego zastosowania dla małych struktur. Jeśli… potrafią zrobić pojemniki do dostarczania leków, to pokaże, że wykorzystanie DNA jako materiału technologicznego jest naprawdę użytecznym przedsięwzięciem! mówi Rothemund.
Docelowo studenci mają nadzieję stworzyć pojemnik, który mógłby zawierać dowolny rodzaj leku i być ukierunkowany molekularnie na określone typy komórek. Nowsze terapie, takie jak te oparte na genach lub białkach, są często trudne do dostarczenia i muszą być kierowane do określonych tkanek. Niektóre muszą być dostarczane przez wstrzyknięcie lub, w kilku eksperymentalnych przypadkach, podawane bezpośrednio do mózgu. Studenci już pracują nad sposobami ozdabiania beczek różnymi cząsteczkami, które wiążą się tylko z określonymi komórkami lub białkami.
Podczas gdy praca jest wciąż na bardzo wczesnym etapie, Shih marzy o tym, co może wydarzyć się w przyszłości. To interesujące na dłuższą metę, ponieważ mamy tak dużą kontrolę nad kształtami tych obiektów, mówi. Ludzie wytworzyli cząsteczki DNA, które działają jak komputery, więc możesz mieć urządzenie do dostarczania leków, które ma komputer pokładowy, który wykonuje prymitywne obliczenia, podejmując decyzje o tym, kiedy i gdzie uwolnić lek. Oczywiście, mówi Shih, jest jeszcze sporo do zrobienia.