Новости химической науки > ДНК и рост наночастиц может кодировать

Молекула ДНК – основа жизни, шаблон для биосинтеза белков. Исследователи из США и Китая расширили способности ДНК – они продемонстрировали, что ДНК может управлять синтезом и небиологических структур. «Наногенетический код», разработанный исследователями, может открыть дорогу к получению новых наночастиц с заданными свойствами.

Исследователи использовали ДНК в качестве шаблона, управляющего самосборкой наночастиц и ранее. Это происходит благодаря программируемости ДНК – возможности различной комбинации нуклеотидов. Если к наночастицам добавить ДНК, она связывается с ними селективно, образуя связи, способствующие объединению наночастиц в интересные структуры с практически полезными свойствами.

Однако до настоящего времени не было проведено систематическое исследование, изучающее зависимость первичной структуры ДНК (последовательность нуклеотидов) на строение образующихся наноструктр. Йи Лю (Yi Lu) из Университета Иллинойса решил восполнить этот недостаток и, в итоге, разработал «наногенетический код», управляющий образованием металлических наночастиц определенной структуры – разработанный код чем-то напоминает генетический код, в соответствии с которым происходит синтез белка.

Изменение структуры ДНК приводит к систематическому изменению формы наночастиц. (Рисунок из Angew. Chem., Int. Ed., 2012, DOI: 10.1002/anie.201203716)

Исследователи из группы Лю получали структуры, инкубируя призматические нанокристаллы золота с различными последовательностями ДНК, после чего в систему добавляли восстановитель – гидроксиламин и соль золота – для инициирования роста наночастиц. Формы наноструктур, образующихся в результате такого процесса, изучали с помощью сканирующей электронной микроскопии и просвечивающей электронной микроскопии.

Было обнаружено, что каждый из четырех нуклеотидов ДНК обеспечивал формирование строго определенной формы. Полиадениловые фрагменты ДНК приводят к образованию круглых наночастиц с неровной поверхностью, политимиловые – к образованию шестиконечных нанозвезд; полицитозиловые – к образованию круглых наночастиц с ровной поверхностью и полигуаниловые – к образованию шестиугольников. Более того, комбинация двух типов азотистых оснований позволяет получать форму, являющуюся сочетанием форм. Так рост наночастиц в присутствии ДНК, содержащих аденин и тимин, приводил к образованию скругленных звезд.

Лю отмечает, что наночастицы, полученные с помощью роста в присутствии шаблонов ДНК, могут найти применение в катализе, где производительность катализатора сильно зависит от его формы, а также для применения в поверхностно усиленной спектроскопии комбинационного рассеивания, которая основана на то, что частицы, адсорбирующиеся на исследуемой поверхности, усиливают спектральные сигналы этой поверхности.

Хао Ян (Hao Yan), специалист по самоорганизации ДНК из Университета Аризоны, считает, что работа Лю является прорывом в нанобиотехнологии. Этот подход демонстрирует возможность применения генетического кода для контроля синтеза материалов. Тем не менее, Ян полагает, что исследователи из группы Лю сделали первый шаг, и по мере применения более сложных ДНК-последовательностей будут обнаружены новые закономерности.

Источник: Angew. Chem., Int. Ed., 2012, DOI: 10.1002/anie.201203716

метки статьи: #биохимия, #нанотехнологии, #новые материалы