Найменшу копію «Джоконди» зібрали методом ДНК-орігамі

Американські біохіміки розробили метод отримання зображень нанометрової роздільної здатності площею до 0,5 квадратних мікрон на основі технології ДНК-орігамі. За допомогою такого підходу, зокрема, вдалося отримати найменше в світі зображення Джоконди, пишуть вчені в статті, опублікованій в.

Завдяки утворенню комплементарних зв'язків між окремими ділянками невеликих молекул ДНК, за допомогою методу ДНК-орігамі з них можна отримувати системи заданої форми і з потрібним розташуванням функціональних ділянок. Зараз таку технологію намагаються застосовувати для різних цілей, наприклад для доставки ліків або створення молекулярних структур складної форми. Якщо ж до молекул ДНК прив'язувати мітки певного складу, то за допомогою ДНК-орігамі можна отримувати і зображення з нанорозв'язком. Однак площа таких зображень до теперішнього моменту не перевищувала 0,05 квадратних мікрони, і їх роздільна здатність теж була дуже невеликою.

Щоб збільшити площу зображень на основі ДНК-орігамі, група американських біохіміків з Каліфорнійського технологічного інституту під керівництвом Лулу Цяня (Lulu Qian), розробила методику «фрактальної збірки» (fractal assembly), яка дозволяє з'єднувати невеликі елементи таких ДНК-зображень у великі акціонерні масиви. У своїй роботі автори запропонували алгоритм, який дозволяє визначати послідовність основної молекули ДНК і «скріпок», які складають її в потрібну форму для того, щоб отримати заздалегідь задане зображення.

Для отримання одиничного елемента зображення автори роботи використовували методику, запропоновану ще в 2006 році. За допомогою неї вчені змогли отримати квадратний елемент зі стороною менше 100 нанометрів, що складається з 22 невеликих ділянок ДНК, з'єднаних між собою завдяки заданій послідовності нуклеотидів і наявності спеціальних скріплюючих елементів. У потрібних місцях до них прикріплювалися мітки, які потім можна за допомогою атомно-силового мікроскопа побачити у вигляді пікселя. У результаті один елемент зображення складався більш ніж зі 100 пікселів, щоправда, трохи нерівномірно розподілених за площею (в середині такого елемента знаходилася невелика порожня область).

Щоб отримати повне зображення, з таких елементів біохіміки збирали масиви розміром 8 на 8, сумарно складаються з 8704 пікселів. Щоб зшити комірки між собою, автори роботи запропонували ще два види «скріпок», аналогічних тим, які скріплюють ланцюжки ДНК всередині одного осередку. Між комірками розташовувалися довгі з'єднувальні елементи, а на тих краях, які не повинні з'єднуватися з іншими комірками, знаходилися «кінцеві скріпки», не здатні утворювати з'єднань. Зображення таких ДНК-картин вчені отримували за допомогою атомно-силової мікроскопії.

За допомогою запропонованого алгоритму вчені змогли отримати зображення Джоконди на квадраті зі стороною в кілька сот нанометрів, а також зображення півня, бактерії, електричної схеми та шахової дошки з фігурами.

Автори роботи припускають, що розроблену ними техніку можна використовувати і для приєднання білків, інших полімерних молекул або наночастинок, створюючи таким чином молекулярні машини заданої структури або електричні наноцепи.

ДНК-орігамі - не перша технологія, за допомогою якої вчені отримали мікроскопічне зображення Джоконди. Нещодавно схожу картинку вчені отримали, використовуючи для цього масив квантових точок. Щоправда дозвіл такої картини склав близько одного мікрону.