Ученые из Нью-Йоркского университета, Университета Пердью и Аргоннской национальной лаборатории (все — США) создали трехмерные кристаллы на основе ДНК, размеры которых доходят до одного миллиметра.

Ведущий автор исследования, профессор Нед Симан (Ned Seeman) из Нью-Йоркского университета, предположил возможность создания таких структур еще 30 лет назад, занимаясь изучением строения сложных биологических молекул. Для изучения таких соединений их необходимо получить в форме кристаллов, в которых все молекулы занимают упорядоченные позиции и одинаково ориентированы в пространстве.

Однако получить сложные органические соединения в форме кристаллов удается далеко не всегда, поэтому Симан предложил помещать их в некую каркасную структуру, имеющую полости, подходящие по размерам тем или иным исследуемым молекулам.

Соединение двойных спиралей ДНК в предложенной исследователями структуре обеспечивали так называемые липкие концы — последовательности нуклеотидов некоторой длины, которые завершают одну из нитей ДНК. При этом связи возникают между двойными спиралями, липкие концы которых комплементарны. Подобную методику авторы использовали и раньше, однако все созданные до настоящего момента структуры были двумерными, а их размеры лежали в микрометровом диапазоне.

Схематическое изображение «трехмерного треугольника». Линиями показаны нити ДНК, липкие концы выделены красным. (Иллюстрация из журнала Nature)

Элементами новых кристаллов послужили «трехмерные треугольники» (tensegrity triangles — треугольники, отвечающие архитектурному принципу тенсегрити). Образующие такие треугольники спирали ДНК — и их липкие концы — лежат в разных плоскостях, что и обеспечивает формирование трехмерной периодической структуры. В экспериментах были созданы кристаллы размерами от 0,25 до 1 мм.

В будущем, как надеются авторы, им удастся найти способ «крепления» биологических макромолекул к подобным кристаллам; упорядоченное расположение молекул позволит исследовать их взаимодействия с различными веществами по известной методике рентгеновской кристаллографии.

Слева — изображение «трехмерных треугольников»; выделение цветом подчеркивает, что образующие их спирали ДНК лежат в разных плоскостях. Справа — ромбоэдрическая структура, составленная из треугольников; показаны семь из восьми треугольников, находящихся в вершинах ромбоэдра. Красный треугольник располагается на заднем плане и соединяется с тремя желтыми, которые приближены к наблюдателю. Каждый желтый треугольник соединяется с двумя зелеными, расположенными на переднем плане. (Иллюстрация из журнала Nature)

Такие кристаллы могут применяться, в частности, для синтеза новых наноматериалов для микроэлектроники и медицинских препаратов.