Loading

Из Лего-ДНК построен миниатюрный космический челнок

Создано 04.12.2012 14:08
Автор: Евгений

Из Лего-ДНК построен миниатюрный космический челнок

Крошечный космический челнок из Лего-ДНК демонстрирует, как однажды ученые смогут построить новые технологии в наименьших масштабах.

Отдельные нити ДНК стали кирпичиками конструктора Лего, объединившись в 102 отдельные трехмерные фигуры. Гарвардские исследователи манипулировали кодом ДНК составляющих элементов, в результате чего сформировали твердые структуры, такие как крошечный шаттл, соты и даже «письмена» на жестком основании, состоящие из цифр и букв английского алфавита.

«Как только мы узнаем, как составлять правильный код сложных фигур и добавлять его к искусственным нитям ДНК, все остальное окажется простым и естественным, - рассказывает гарвардский химик Йонган Ке. – Эти нити ДНК похожи на кирпичики конструктора Лего, которые легко попадают в отведенные им пазы».

Кирпичики ДНК представляют собой новый и мощный способ построения структур в мельчайших масштабах. Ширина нити ДНК около 1 нанометра (1 миллиардная метра), что гораздо меньше человеческого волоса, толщина которого составляет 60 тысяч нанометров. Открытие также подтолкнет к созданию крошечных медицинских устройств для доставки препаратов в организм человека или к построению компьютерных схем следующего поколения.

Кроме того, нанотехнология ДНК затрагивает еще одну величайшую загадку науки – как на земле самоорганизовалась жизнь из множества несвязанных молекул первичного бульона.

Чудо жизни

Идея кирпичиков ДНК, способных соединяться и самостоятельно формировать структуры, может показаться фантастичной для людей, привыкших к поэтапному созданию. Но это лишь маленькая частица того, что постоянно делает природа.

«Все формы жизни на земле самоформируются из малых молекул и макромолекул, таких как ДНК, РНК и белки, и эта среда намного беспорядочнее и запутаннее, чем наш небольшой «суп» из ДНК в пробирке», - рассказывает Йонган Ке.

Гарвардские ученые уже использовали ДНК для построения структур, но то были двухмерные фигуры. Открытие с трехмерными конструкциями основано на кирпичиках, каждый из которых включает одну нить ДНК из 32 нуклеотидов – составляющих элементов молекулы. К нему может прикрепляться целых четыре соседних элемента.

Для создания трехмерной структуры два блока соединяются под углом 90 градусов, что похоже на закрепление двух кирпичиков Лего. Исследователи создавали желаемые трехмерные фигуры при помощи манипуляций с кодом, в соответствии с которым соединяется базовая пара молекул ДНК.

Метод кирпичиков ДНК требует много времени – на самоорганизацию одной структуры, напоминающей куб, потребовалось 72 часа. Но успех эксперимента остается приятным сюрпризом для ученых, которые вообще сомневались в возможности такого явления.

Лего и оригами

Многие ученые считали, что самоформирование ДНК из сотен или тысяч нитей окажется слишком сложным или неэффективным. Ранее они использовали метод ДНК-оригами, в соответствии с которым каркасная нить ДНК изгибалась в различные фигуры. Такое оригами возможно благодаря взаимодействию каркасной ДНК со многими короткими фрагментами нитей.

Но это метод требует от исследователей создания специальных каркасных и малых нитей для каждой отдельной фигуры. Для сравнения кирпичики ДНК представляют собой стандартный набор строительных блоков, которые можно в различных вариантах соединять для формирования конструкций.Из Лего-ДНК построен миниатюрный космический челнок

Все же ученые уверены, что оба метода имеют свои плюсы и минусы. В будущем они предвидят комбинирование способов. Этого же мнения придерживаются их датские коллеги. Они считают, что ДНК-оригами будет использоваться как основание, на котором будут формироваться структуры по методу кирпичиков.

Больше и лучше

Метод кирпичиков ДНК в кратчайшие сроки сольется со способом оригами, помогая ученым проводить лабораторные исследования. Кроме того, по мнению специалистов, уже в течение ближайших 5-10 лет метод кирпичиков ДНК будет использоваться в коммерческих целях. Такие ДНК нанотехнологии будут незаменимы для создания «разумных» средств доставки препаратов в организм или построения молекулярных электронных компонентов.

Однако несмотря на то, что исследователи придумали надежный способ формирования трехмерных фигур из ДНК, они все еще не понимают, как молекуле удается таинственный фокус с самоорганизацией. Лишь Мать-природа знает, как при помощи самоформирования и миллиардов лет эволюции можно порождать живые создания разнообразнейших форм и размеров. Манипулируя кирпичиками ДНК, люди пока еще играют с природой в догонялки.

«Для нас, людей, ограниченных во времени и ресурсах, создание структуры с миллиметр размером в этом десятилетии стало бы значительным достижением, - отмечает Йонган Ке. – Что касается сложности формы, думаю, количество вариантов практически безгранично».

Источник: MNN

Комментарии: