Вчені створили найменшу антену з будь-коли створених – лише п’ять нанометрів завдовжки. На відміну від знайомих нам набагато більших аналогів, ця мініатюрна штучка створена не для передачі радіохвиль, а для отримання секретів мінливих білків. Наноантена зроблена з ДНК – молекул, що несуть генетичні інструкції, які приблизно у 20 тис. разів менші за людське волосся. Вона також є флуоресцентною, що означає, що вона використовує світлові сигнали для запису та передачі інформації. Ці світлові сигнали можна використовувати для вивчення руху та зміни білків у режимі реального часу.
Інноваційність даної антени полягає в тому, що її приймальна частина також використовується для визначення молекулярної поверхні досліджуваного білка. Це дає змогу отримати чіткий сигнал, коли білок виконує свою біологічну функцію.
«Подібно до двостороннього радіо, яке може як приймати, так і передавати радіохвилі, флуоресцентна наноантена приймає світло одного кольору, або довжини хвилі, і залежно від руху білка, який вона відчуває, потім передає світло іншого кольору, який ми можемо виявити», – каже хімік Алексіс Валле-Белісл з Університету Монреаля (UdeM) у Канаді. Зокрема, завдання антени – вимірювати структурні зміни у білках з часом. Білки – це великі, складні молекули, які виконують різні важливі завдання в організмі, від підтримки імунної системи до регулювання функцій органів.
Однак, коли білки поспішають виконувати свою роботу, вони зазнають постійних змін у структурі, переходячи зі стану в стан у дуже складному процесі, який вчені називають динамікою білків. І ми не маємо хороших інструментів для відстеження цієї динаміки білків у дії.
«Експериментальне вивчення перехідних станів білків залишається серйозною проблемою, оскільки методи з високим структурним дозволом, включаючи ядерний магнітний резонанс та рентгенівську кристалографію, часто не можуть бути безпосередньо застосовані для вивчення короткоживучих станів білків», – пояснює команда у своїй статті. Нові технології синтезу ДНК, розробка яких ведеться вже близько 40 років, дозволяють створювати наноструктури різної довжини та гнучкості, оптимізовані для виконання необхідних функцій.
Однією з переваг цієї надмалої ДНК-антени перед іншими методами аналізу є те, що вона здатна захоплювати дуже короткоживучі стани білків. Це, за словами дослідників, означає, що тут є безліч потенційних застосувань як у біохімії, так і нанотехнології в цілому.
Досліджуючи «універсальність» своєї конструкції, команда успішно протестувала свою антену з трьома різними модельними білками – стрептавідином, лужною фосфатазою та протеїном G – але потенційно попереду ще багато цікавого, і однією з переваг нової антени є її універсальність. Наноантени можна використовувати для моніторингу різних біомолекулярних механізмів у режимі реального часу, включаючи малі та великі конформаційні зміни – у принципі будь-яка подія, яка може вплинути на емісію флуоресценції барвника.
ДНК стає дедалі популярнішою як будівельний блок, який ми можемо синтезувати і маніпулювати ним для створення наноструктур, подібних до антени в даному дослідженні. Хімію ДНК просто запрограмувати, а після програмування її легко використовувати.
Наразі дослідники прагнуть створити комерційний стартап, щоб технологія наноантен могла бути практично упакована і використана іншими, чи то фармацевтичні організації чи то інші дослідні групи.
Читайте також:
- Вчені розробили легкого космічного робота з точним керуванням
- Китайське «штучне сонце» побило світовий рекорд з плазмового синтезу