Джейкоб Маджикес и Алекс Лиддл, исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST), которые изучали ДНК-оригами в течение многих лет, составили первое подробное руководство по этой технике. Их подробный отчет содержит пошаговое руководство по созданию наноструктур ДНК-оригами с использованием самых современных инструментов.

Они описали свою работу в выпуске журнала Journal of Research.

В новом методе, известном как ДНК-оригами, исследователи снова и снова складывают длинные нити ДНК, чтобы построить множество крошечных трехмерных структур, включая миниатюрные биосенсоры и контейнеры для доставки лекарств.

Коллаж показывает некоторые методы и конструкции, используемые в ДНК-оригами

Методика ДНК-оригами, впервые примененная в Калифорнийском технологическом институте в 2006 году, за последнее десятилетие привлекла сотни новых исследователей, стремящихся создать приемники и датчики, которые могли бы обнаруживать и лечить болезни в организме человека, оценивать воздействие загрязняющих веществ на окружающую среду и помогать в множество других биологических приложений.

Хотя принципы ДНК-оригами просты, инструменты и методы этой техники для создания новых структур не всегда легко понять, и они не были хорошо задокументированы. Кроме того, у ученых, плохо знакомых с этим методом, не было единого справочника, к которому они могли бы обратиться, чтобы найти наиболее эффективный способ построения структур ДНК, и избежать ловушек, на которые можно было бы потратить месяцы или даже годы исследований.

Мы хотели собрать все инструменты, разработанные людьми, в одном месте, и объяснить то, о чем нельзя сказать в традиционной журнальной статье. Обзорные статьи могут рассказать вам обо всем, что сделали все, но они не скажут вам, как люди это сделали, – Джейкоб Маджикес, исследователь из Национального института стандартов и технологий (NIST)

ДНК-оригами основывается на способности комплементарных пар оснований молекул ДНК связываться друг с другом. Среди четырех оснований ДНК — аденина (A), цитозина ©, гуанина (G) и тимина (T) — A связывается с T, а G с C. Это означает, что определенная последовательность As, Ts, Cs и Gs найдет и привяжет к своему дополнению. Связывание позволяет коротким цепям ДНК действовать как скобы, удерживая участки длинных цепей сложенными или соединяя отдельные цепи.

Типичный дизайн оригами может потребовать 250 скоб. Таким образом, ДНК может самоорганизовываться в различные формы, образуя наноразмерный каркас, к которому может присоединяться набор наночастиц, многие из которых используются для лечения, биологических исследований и мониторинга окружающей среды.

По словам Маджикса, использование ДНК-оригами сталкивается с двумя проблемами. Во-первых, исследователи создают трехмерные структуры, используя пары оснований A, G, T и C. Кроме того, они используют эти скобы для пар оснований, чтобы скручивать и раскручивать знакомую двойную спираль молекул ДНК, так что они изгибаются в определенные формы. Это может быть сложно спроектировать и визуализировать.

Маджайк и Лиддл призывают исследователей укрепить свою дизайнерскую интуицию, создавая трехмерные макеты, такие как скульптуры, сделанные с помощью стержневых магнитов, до того, как они начнут производство. Эти модели, которые могут показать, какие аспекты процесса сворачивания являются критическими, а какие менее важными, затем следует их «сплющить» в 2D, чтобы они были совместимы с инструментами автоматизированного проектирования для ДНК-оригами, которые обычно используют двумерные представления.

Сворачивание ДНК может быть выполнено разными способами, некоторые из которых менее эффективны, чем другие, отмечает Маджикс. На самом деле некоторые стратегии могут быть обречены на провал. Лиддл и Маджикес планируют дополнить свою работу несколькими дополнительными рукописями, в которых подробно описывается, как успешно создавать наноразмерные устройства с ДНК.