Klocki lego z DNA

Przykład symboli zbudowanych z pomocą SST DNA. / Przedruk za zgodą Macmillan Publishers Ltd.: Wei et al., Nature 485: 623–626 ©2012

Pisałem na blogu kilka razy o pomyśle dotyczącym budowania struktur w oparciu o DNA. Koncept ten, zaproponowany przez Paula Rothemunda w 2006 roku, nazwano DNA origami. Prace opublikowane do tej pory, opisujące oparte na DNA origami struktury, pokazywały, jak planując odpowiednio sekwencję DNA w jednej nici można ją niejako zmusić do sfałdowania w określony sposób – tak, jak w papierowym origami budując formę z jednego kawałka papieru.

ResearchBlogging.org

Wczoraj jednak pismo Nature opublikowało pracę grupy badaczy z Uniwersytety Harvarda, która otwiera w tej dziedzinie nową furtkę: opisuje, jak oparte o DNA struktury można budować nie z jednej długiej, ale z setek krótkich odcinków DNA.

Przykład symboli zbudowanych z pomocą SST DNA. / Przedruk za zgodą Macmillan Publishers Ltd.: Wei et al., Nature 485: 623–626 ©2012

Czym różni się ta praca od oryginalnych prac o origami DNA? Na czym polega tutaj trudność? Otóż obie metody wykorzystują do łączenia/fałdowania DNA komplementarność zasad azotowych – jeśli na dwóch niciach DNA znajdą się sekwencje ze sobą komplementarne, czyli takie, że każda guanina ma na drugiej nici cytozynę, z którą może się związać, a każda tymina – adeninę, wówczas nicie wiążą się ze sobą w tym miejscu. Zaś im dłuższa sekwencja, którą się łączą, tym silniejsze jest to wiązanie i tym bardziej prawopodobne, że połączeniu ulegną właściwe fragmenty.

Do tej pory uważano jednak, że uzyskanie detalicznej struktury zbudowanej z cegiełek krótkiego DNA nie jest możliwe, gdyż przy zbyt krótkich fragmentach kwasów nukleinowych zby duża byłaby szansa na połączenia błędne i zbyt trudno byłoby zaprojektować te fragmenty w taki sposób, aby łącząc się ze sobą robiły to w sposób unikalny – tak, żeby mieć pewność, że cegła budująca fundament nie stanie się dachówką.

Autorzy nowej pracy w Nature wykorzystali krótkie fragmenty jednoniciowego DNA, które nazwano motywem SST (z ang. single strand tile – jednoniciowy kafelek). Każdy taki fragment zawija się w U-kształt, a następnie sprzęga z innymi fragmentami rozbudowując w ten sposób podstawowy projekt. Jako że obraz wart jest tysiąca słów – zwłaszcza w tym przypadku – poniżej możecie rzucić okiem na grafikę wyjaśniającą, jak te kafeliki tworzą większy obraz.

Mechanizm łączenia się klocków DNA w cegiełkowatą strukturę. /Przedruk za zgodą Macmillan Publishers Ltd.: Wei et al., Nature 485: 623–626 ©2012

Odpowiednio zaś projektując poszczególne małe nici oraz mieszając je w odpowiednich do siebie proporcjach uzyskać można całą feerię kształtów. Badacze stworzyli w ten sposób różnych struktur ponad 40. Stosując laboratoryjnego robota, który odpowiadał za dobór i mieszanie klocków DNA, udało im się całą procedurę zredukować do jednej godziny na każdy kształt.

Oczywiście proces nie jest idealny: nie wszystkie cegiełki łączą się tak, jak sobie tego życzymy. Nie wszystkie klocki łączą się w budowle w ogóle. Niemniej jednak proces działał z wydajnością bliską 20%, co jak na pierwszą prezentację pomysłu jest bardzo przywoite.

Autorzy pracy oferują w niej pewne wytłumaczenie tego, czemu metoda ta działa tak dobrze, mimo że – intuicyjnie rzecz biorąc – nie powinna. Na tym etapie jednak są to tylko spekulacje, zaś – jak pisze sam Paul Rothemund w towarzyszącym głównej publikacji eseju w Nature – potrzebne teraz będzie znacznie więcej badań nad wydajnościami, kinetyką procesów oraz mechanizmami, według których zachodzi budowa struktur z DNA, zarówno w przypadku origami DNA, jak i SST DNA.

Na koniec jednak Rothemund poetycko dodaje:

„Odkrycia Wei i współpracowników przypominają nam, że w kwestii konstrukcji z DNA jesteśmy tylko amatorami, i być może ośmielą wielu badaczy do tego, aby mieszać setki kawałków DNA ze sobą wbrew obiegowym opiniom, że jest to bez sensu. A wyniki prawdopodobnie wszystkich nas zaskoczą.”

Wei, B., Dai, M., & Yin, P. (2012). Complex shapes self-assembled from single-stranded DNA tiles Nature, 485 (7400), 623-626 DOI: 10.1038/nature11075

Rothemund, P., & Andersen, E. (2012). Nanotechnology: The importance of being modular Nature, 485 (7400), 584-585 DOI: 10.1038/485584a

2 Comments

  1. okej :) przeczytalem .. troche sie zgubilem, ale spokojnie, siegam wlasnie do ksiazki z biologi z klasy sredniej i nadgonie podstawy :) dzieki

    Lubię

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s