Ученые из Университета штата Аризона построили наноразмерные камеры из ДНК, внутрь которых они поместили ферменты. Эксперименты показали, что активность ферментов при этом увеличилась в 8 раз. Статья с результатами работы были опубликованы в Nature Communications.

Исследователи решили воспроизвести эффект, который проявляется при нахождении ферментов в таких относительно изолированных частях клетки, как митохондрии, пероксисомы или ядро. Для этого ферменты помещали в наноразмерные камеры, собранные из ДНК.

Камеры строились в буферном растворе из вирусной ДНК. Дизайн камер был разработан с помощью программы caDNAno. Сначала ученые собрали две отдельные половинки камеры, в каждой из которых содержался один из двух различных ферментов. Затем половины камеры соединялись вместе с помощью коротких нитей ДНК. Через нанопоры в камеру могли свободно проникать небольшие молекулы, например, участвующие в ферментативной реакции субстраты.

Изображение ДНК-камер с ферментами внутри, полученное с помощью трансмиссионной электронной микроскопии. Иллюстрация: Zhao Zhao, Nature Communications, 2016

В качестве ферментов для экспериментов были выбраны глюкозооксидаза и пероксидаха хрена, которые катализируют каскад реакций, от окисления глюкозы и образования пероксида водорода до окисления ABTS — химического соединения, которое применяется для определения скорости ферментативной реакций на основе наблюдения за изменением окраски. 

Результаты экспериментов показали, что активность реакции внутри нанокамер была в 8 раз выше, чем у контрольных ферментов, которые не были изолированы. Ученые объяснили такой эффект тем, что внутри ДНК-камер из-за высокой плотности фосфатных групп образовывалось большое число упорядоченных водородных связей. Именно они и увеличивали стабильность молекул ферментов. Исследователи проверили это предположение, добавив раствор хлорида натрия, разрывающего водородные связи, что уменьшило активность ферментов. Кроме того, нанокамеры продемонстрировал свою эффективность в защите ферментов от разрушения трипсином. 

Нанокамеры из ДНК могут служить в качестве молекулярного инструмента для изменения активности ферментов и применяться в области умных материалов и биотехнологий. В будущем, уверены ученые, будет возможно создавать программируемые нанокамеры из молекул ДНК для создания терапевтических наноустройств, регулирующих функции каталитических белков.

Нанотехнологии на основе ДНК — область исследований, в которой занимаются созданием искусственных структур из нуклеиновых кислот для технологического и инженерного использования, не связанного с кодированием информации.

Автор: Александр Еникеев