A német és kínai tudósok egy csoportja megosztotta egy csodálatos kísérlet eredményeit. A tudósok létrehoztak egy DNS-botot, amely csak egy molekulából áll, és kétdimenziós labirintusba dobták, amelyet az origami elve alapján terveztek. Az úgynevezett DNS-navigátornak sikerült megtalálnia a kiutat.
Emlékezzünk arra, hogy a DNS-origami technológia lehetővé teszi különböző struktúrák létrehozását a DNS-szálakból. Ez azért lehetséges, mert a hosszú DNS-molekulák nukleotidokból állnak, amelyek párokat képeznek: adenin a timinnal, citozin a guaninnal. A láncban levő nukleotidok sorrendjének meghatározásával elérheti, hogy a megfelelő helyekre és derékszögben behajlik és rögzüljön. Ilyen módon végtelen számú struktúrát hozhat létre.
Ebben az esetben a munkatársak Friedrich Simmel, a müncheni műszaki egyetem és a Kínai Tudományos Akadémia Chunhai Fan vezetésével, a DNS-origami technológiával készítették a labirintusot, amely hasonlít a matematikai fa grafikonra. Ebben az esetben a labirintus „átjárói” úgynevezett DNS-kapcsokkal vannak ellátva, amelyekhez egy másik molekula kapcsolódhat. Ugyanakkor az ilyen „nyomok nélküli” területek „falakként” is szolgálnak.
Megállapítottuk, hogy a kapott labirintus szerkezetileg egyenértékű-e egy tíz csúcsú gyökérzetű fával (az ábra az alább látható). Egy bejáratot és egy kijáratot tartalmaz.
A labirintus szerkezetileg egyenértékű egy tíz csúcsú gyökérzetű fával. A Vertex A jelzi a bejáratot. A lehetséges útvonalakat piros jelöli, de csak egy (a jobb oldalon) helyes. Illusztráció: Nature Materials.
A munka szerzői kifejtik, hogy az általuk létrehozott apró eszközt DNS-járónak hívják. A DNS-hibridizáció láncreakcióin halad keresztül (a megfelelő egyszálú nukleinsavak kombinációja egy molekulába).
Elmondása szerint egy ilyen mechanizmus lehetővé teszi a labirintus átjárhatóságát. Ennek eredményeként, ha több DNS nanobotot indítanak ilyen struktúrába, mindegyik képes lesz függetlenül feltárni az egyik lehetséges útvonalat, amely párhuzamos mélység-első keresést biztosít (ez a gráf áthaladásának egyik módszere).
Promóciós videó:
Annak érdekében, hogy a DNS-n a nanobot sok lehetőség közül válasszon az egyetlen helyes utat, a tudósok kémiailag módosították a kilépést ábrázoló fa gráf tetejét.
Annak elősegítése érdekében, hogy a DNS-n a nanobot kiválasztja a helyes utat a különféle lehetőségek közül, a tudósok kémiailag módosították a labirintusból való kilépést. Illusztráció: Nature Materials.
A kísérletek során a szakemberek megfigyelték a DNS-navigátorok mozgását pásztázó atomi erőmikroszkóppal és egy nagyon nagy felbontású mikroszkóppal. Az első módszer lehetővé teszi a kövezett útvonalak és területek nyomon követését, ahol a DNS-járó még nem járt. A második módszer az út fluoreszcens megjelenítését biztosítja nanoméretű felbontással.
A kutatók biztosak abban, hogy az ilyen fejlesztés elősegíti a lehetőségek kibővítését a nanotechnológia, a biomolekuláris öngyűjtés és a mesterséges intelligencia területén. Az ilyen DNS-navigátorok felhasználhatók információk tárolására és továbbítására, valamint az orvostudományban, különféle betegségek diagnosztizálására és kezelésére, beleértve az onkológiát is.
Ezt a munkát részletesebben egy, a Nature Materials folyóiratban megjelent cikk írja le.
Julia Vorobyova
