Zespół naukowców z Niemiec i Chin podzielił się wynikami niesamowitego eksperymentu. Naukowcy stworzyli nanobota DNA, składającego się tylko z jednej cząsteczki i wprowadzili go do dwuwymiarowego labiryntu zaprojektowanego na zasadzie origami. Tak zwany nawigator DNA znalazł wyjście.
Przypomnij sobie, że technologia origami DNA pozwala tworzyć różne struktury z nici DNA. Jest to możliwe dzięki temu, że długie cząsteczki DNA zbudowane są z nukleotydów tworzących pary: adenina z tyminą, cytozyna z guaniną. Określając sekwencję nukleotydów w łańcuchu, można osiągnąć, że będzie on składał się i mocował we właściwych miejscach i pod odpowiednim kątem. W ten sposób możesz stworzyć nieskończoną liczbę struktur.
W tym przypadku zespół kierowany przez Friedricha Simmela z Uniwersytetu Technicznego w Monachium i Chunhai Fan z Chińskiej Akademii Nauk wykorzystał technologię origami DNA do stworzenia labiryntu przypominającego matematyczny wykres drzewa. W tym przypadku „przejścia” labiryntu mają tak zwane zszywki DNA, do których może przyczepić się inna cząsteczka. Jednocześnie obszary bez takich „wskazówek” pełnią rolę „ścian”.
Określono, że powstały labirynt jest strukturalnie równoważny z drzewem z dziesięcioma wierzchołkami (diagram pokazano poniżej). Zawiera jedno wejście i jedno wyjście.
Strukturalnie labirynt jest odpowiednikiem drzewa zakorzenionego w dziesięciu wierzchołkach. Wierzchołek A oznacza wejście. Możliwe trasy są zaznaczone na czerwono, ale tylko jedna (po prawej) jest poprawna. Ilustracja autorstwa Nature Materials.
Autorzy pracy wyjaśniają, że stworzone przez nich maleńkie urządzenie nazywa się chodzikiem DNA. Przechodzi przez reakcje łańcuchowe hybrydyzacji DNA (połączenie odpowiednich jednoniciowych kwasów nukleinowych w jedną cząsteczkę).
Według niego taki mechanizm zapewnia możliwość skręcania w korytarzach labiryntu. W rezultacie, jeśli kilka nanobotów DNA zostanie wystrzelonych w taką strukturę, każdy z nich będzie mógł samodzielnie zbadać jedną z możliwych tras, co zapewni równoległe przeszukiwanie w głąb (jest to jedna z metod przemierzania wykresu).
Film promocyjny:
Aby pomóc nanobotowi DNA wybrać jedyną prawidłową ścieżkę spośród wielu opcji, naukowcy zmodyfikowali chemicznie wierzchołek wykresu przedstawiającego wyjście.
Aby pomóc nanobotowi DNA wybrać właściwą ścieżkę spośród różnych opcji, naukowcy zmodyfikowali chemicznie wyjście z labiryntu. Ilustracja autorstwa Nature Materials.
Podczas eksperymentów specjaliści obserwowali ruchy nawigatorów DNA za pomocą skaningowego mikroskopu sił atomowych oraz mikroskopu o bardzo wysokiej rozdzielczości. Pierwsza metoda umożliwia śledzenie utwardzonych tras i obszarów, których wędrowiec DNA jeszcze nie odwiedził. Druga metoda zapewnia fluorescencyjną wizualizację trasy z rozdzielczością w nanoskali.
Naukowcy są przekonani, że tego rodzaju rozwój pomoże poszerzyć możliwości w dziedzinie nanotechnologii, samoorganizacji biomolekularnej i sztucznej inteligencji. Takie nawigatory DNA mogą służyć do przechowywania i przekazywania informacji, a także w medycynie, do diagnostyki i leczenia różnych chorób, w tym onkologicznych.
Ta praca jest opisana bardziej szczegółowo w artykule opublikowanym w czasopiśmie Nature Materials.
Yulia Vorobyova
