“Поделки” из молекул ДНК

      В качестве стройматериала при создании наноструктур могут выступать не только белки, но и… молекулы ДНК. Эту идею развил Нэдриан Симэн, профессор химии из Нью_йоркского университета. Он достиг того, что молекула ДНК образует двумерные и трехмерные структуры. Сама по себе молекула ДНК слишком “мягкая” для того, чтобы сформировать жесткую структу-ру. Но если соединить две молекулы, то полученная конструкция будет достаточно “жесткой”, подходящей для того, чтобы создавать устойчивые структуры. Самым ярким примером такого конструирования из ДНК является первый в мире “шагающий” наноробот, недавно созданный учеными! Робот передвигается, используя оригинальный принцип: поочередно то присоединяет свои «ноги», состоящие из фрагментов ДНК, к базовой молекуле ДНК, то отсоединяет их от нее, продвигаясь таким образом вперед.

      Почему исследователи использовали именно молекулы ДНК? На это есть две причины. Первая – цепи ДНК легко соединяются друг с другом, образуя комплементарные пары. Вторая – исследователи надеются, что в дальнейшем можно будет создать более сложных ДНК_роботов в больших количествах, используя репликативную инженерию живых клеток. Наноробот состоит из двух “ног” _ молекул ДНК длиной в 36 нуклеотидов. Сверху “ног” расположена еще одна упругая часть ДНК, связывающая обе “ноги” вместе (см. рисунок). Шагает робот по своеобраз-ной “дороге” – еще одной базовой молекуле ДНК. “Ноги” присоединяются к комплементарным

участкам на “дороге” при помощи свободных “якорных” цепей ДНК.

Рис 201. Принцип работы “шагающего наноробота”

а) Две ДНК_ноги (обозначено красным) присоединены к комплементарным участкам ДНК_дороги

(А и В) при помощи якорей (голубой и оранжевый);

б) Свободная цепь ДНК присоединяется к правому якорю;

в) Свободная цепь убирает правый якорь, освобождая правую «ногу» от пары В;

г) Якорная цепь пары С связывает свободную правую ногу;

д) Другая свободная ДНК_цепь (светло_голубая) убирает якорь от левой ноги, отсоединяя ее от

“дороги”;

е) Другая якорная цепь (серая) присоединяет якорную цепь к паре В;

      Итак, правая и левая “ноги” робота имеют уникальную последовательность нуклеотидов, поэтому каждой необходим соответствующий комплементарный ей участок на ДНК_дороге – своеобразный “якорь”. Для того чтобы затем отсоединить заякоренную “ногу” от «дороги», необходима еще одна свободная цепь ДНК. “Якорь” имеет участок, который не присоединяется ни к «ноге», ни к “дороге”. Этот участок присоединяется к свободной ДНК, которая затем отбирает “якорь”у “ноги”. “Ноги”,свободные от якоря, соединяются со следующей комплемен-тарной парой на “дороге”, двигая таким образом робота вперед.

      Повтор этой процедуры приводит к движению робота. Робот шагает в специальной жидкости, названной “денатурационный буфер”, которая препятствует сворачиванию цепей ДНК. Чтобы робот мог долго двигаться, в жидкости находятся миллионы якорей и свободных ДНК, удаляющих «якоря». Для начала движения робота помещают на “дорогу” и добавляют в

раствор якоря. Следующим шагом исследователей будет добавление к роботу “повозки”, чтобы он мог переносить различные вещества,например, атомы железа.

      Мобильные ДНК_роботы могут помочь в сборке более сложных наносистем: нанокомпью-теров, точных наноманипуляторов и более сложных нанороботов. Также ДНК_роботы, оснащен-ные наноманипуляторами, смогут манипулировать отдельными молекулами и атомами, вопло-щая в жизнь основную задачу нанотехнологии. Конечно, как и говорилось выше, это только первые пробы биомиметики в нанотехнологиях. Не следует забывать о том, что природные наномашины пока совершеннее и проще тех,которые планирует изготовить человек, поэтому исследователи изучат в первую очередь то, что предлагает нам природа.