Исследователи из США впервые разработали шагающий механизм на основе молекулы ДНК, который позволяет синтезировать органическое соединение в несколько стадий без внешнего вмешательства.

Новое молекулярное устройство, разработанное Дэвидом Лю (David Liu) и Ю Хе (Yu He) из Гарварда также достигли наиболее высокого выхода в трехстадийном синтезе низкомолекулярного органического соединения на матрице дезоксирибонуклеиновой кислоты. Лю поясняет, что уникальные свойства молекулярных шагающих механизмов позволят управлять органическим синтезом и гораздо более сложных молекул, чем та, которая послужила моделью, при этом основой для нового подхода является обычная теория комплементарных пар, разработанная еще Уотсоном и Криком.

В основу своего молекулярного шагающего устройства Лю и Хе заложили дизайн похожей молекулярной машины, ранее разработанной Ченжем Мао (Chengde Mao) из Университета Пэрдю. В основе молекулярного шагохода лежит одна нить ДНК, представляющая собой «колею» для молекулярной машины. Шагающее устройство и три «станции» – точки остановки, созданные из определенных последовательностей ДНК, размещаются вдоль «колеи», взаимодействуя с ней за счет комплементарно-парных азотистых оснований. Молекулярный шагающий механизм двигается однонаправленно вдоль направляющей нити ДНК. Связывание реагентов к определенным фрагментам на направляющей нити ДНК позволяет осуществлять программированный синтез органической молекулы при движении «шагающей» ДНК вдоль направляющей.

Рис. 1. Перемещающаяся нить ДНК двигается к каждой точке остановки (обозначены синим, красным и зеленым) за один «ход» и реагирует с прикрепленным реагентом. (Рисунок из Nature Nanotechnol., 2010, DOI: 10.1038/nnano.2010.190).

Такой подход позволил исследователям из Гарварда провести три последовательных реакции ацилирования, поочередно заставив исходный аминовый фрагмент прореагировать с двумя незащищенными синтетическими аминокислотами и одной карбоновой кислотой. Если для обычного многостадийного синтеза модельного продукта требуется несколько стадий, применение ДНК для его получения позволяет получить его в режиме one pot. Общий выход продукта трехстадийного синтеза составляет около 45%.

Лю подчеркивает, что полученная в его группе с помощью новой техники молекула сама по себе не имеет практического значения, цель работы заключалась не в синтезе определенной молекулы, а в разработке и проверке нового подхода для многостадийных синтезов органических соединений, такие синтезы могут быть осуществлены последовательно и автономно в одном растворе. Лю также особо заявляет, что разработанный им процесс предназначается не столько для поточного синтеза индивидуальных органических соединений, сколько для развития подходов, связанных со скринингом и быстрого поиска интересных биологических свойств.

По материалам: