Екип от учени от Германия и Китай споделиха резултатите от невероятен експеримент. Учените създадоха ДНК наноробот, състоящ се само от една молекула, и го пуснаха в двуизмерен лабиринт, проектиран на принципа на оригами. Така нареченият ДНК навигатор успя да намери изход.
Спомнете си, че технологията за оригами на ДНК ви позволява да създавате различни структури от нишки на ДНК. Това е възможно поради факта, че дългите молекули на ДНК са съставени от нуклеотиди, които образуват двойки: аденин с тимин, цитозин с гуанин. Като посочите последователността на нуклеотидите във веригата, можете да постигнете, че тя ще се сгъва и закрепва на правилните места и под правия ъгъл. По този начин можете да създадете безкраен брой структури.
В този случай екип, воден от Фридрих Симел от Техническия университет в Мюнхен и Chunhai Fan от Китайската академия на науките, използва технологията за оригами на ДНК, за да създаде лабиринт, който наподобява графика на математическо дърво. В този случай "пасажите" на лабиринта имат така наречените ДНК скоби, към които може да се прикрепи друга молекула. В същото време области без такива „улики“служат като „стени“.
Уточнява се, че полученият лабиринт е структурно еквивалентен на десет-върхово вкоренено дърво (схемата е показана по-долу). Съдържа един вход и един изход.
Лабиринтът е структурно еквивалентен на десет-върхово вкоренено дърво. Връх А маркира входа. Възможните маршрути са маркирани в червено, но само един (отдясно) е правилен. Илюстрация от Nature Materials.
Авторите на работата обясняват, че създаденото от тях мъничко устройство се нарича ДНК проходилка. Той се движи чрез верижни реакции на ДНК хибридизация (комбинацията от подходящи едноверижни нуклеинови киселини в една молекула).
Според него подобен механизъм осигурява възможност за завъртане в лабиринтните проходи. В резултат на това, ако няколко ДНК нанороботи бъдат пуснати в такава структура, всеки от тях ще може самостоятелно да изследва един от възможните маршрути, който ще осигури паралелно първо дълбочинно търсене (това е един от методите за преминаване на графиката).
Промоционално видео:
За да помогнат на ДНК наноробота да избере единствения правилен път от много опции, учените химически промениха горната част на графиката на дървото, представяща изхода.
За да помогнат на нанобота на ДНК да избере правилния път от различни варианти, учените химически промениха изхода от лабиринта. Илюстрация от Nature Materials.
По време на експериментите специалистите наблюдавали движенията на ДНК навигаторите, използвайки сканиращ атомно-силов микроскоп и микроскоп с много висока разделителна способност. Първият метод прави възможно проследяването на павирани маршрути и зони, които ДНК проходилката все още не е посетила. Вторият метод осигурява флуоресцентна визуализация на маршрута с наноразмерна резолюция.
Изследователите са уверени, че този вид развитие ще помогне за разширяване на възможностите в областта на нанотехнологиите, биомолекулярното самосглобяване и изкуствения интелект. Такива ДНК навигатори могат да се използват за съхранение и предаване на информация, както и в медицината, за диагностика и лечение на различни заболявания, включително онкология.
Тази работа е описана по-подробно в статия, публикувана в списанието Nature Materials.
Юлия Воробьова