Молекулярные биологи из Аризонского университета разработали новый метод создания ДНК-оригами, который заключается в получении различных геометрических фигур из цепочек нуклеиновых кислот. Такие структуры могут быть использованы для создания промышленных нанороботов или новых носителей информации. Исследование опубликовано в журнале Science.
Написанная учеными компьютерная программа DAEDALUS вычисляет, какие нуклеотидные цепочки требуются для создания заданной формы. Все, что нужно исследователям в дальнейшем, это изготовить необходимые фрагменты ДНК, которые в специальных буферных растворах сами будут организовываться в нужную структуру.
Чтобы получить из нуклеотидных цепочек определенную структуру, нужно взять длинный фрагмент ДНК и придать ему форму с помощью коротких кусочков ДНК, которые служат аналогом канцелярских скрепок. Они связываются с длинной нитью в определенных местах, соединяясь нуклеотидами по принципу комплементарности: адениновый нуклеотид (А) с тиминовым (Т), а гуаниновый (G) с цитозиновым (С).
В основе алгоритма подбора правильных фрагментов ДНК лежит метод деревьев. Последовательно программа выстраивает заданный каркас, который задается в виде «проволочной» сетки, состоящей из многогранников. Затем на его основе алгоритм создает древоподобную схему, которая показывает, какими способами можно поместить различные ДНК-цепочки в общую структуру. В конце концов DAEDALUS определяет окончательный набор фрагментов нуклеиновых кислот.
Исследователи проверили метод, собрав сначала простые ДНК-оригами, а затем и сложные. К их числу относятся объекты с несферической топологией (кольца, кренделя — все, что обладает отверстиями) и другими особенностями, которые ранее экспериментально не реализовывались.
Ученые надеются, что их метод способствует развитию наноразмерных систем, имитирующих свойства вирусов, фотосинтезирующих организмов и других сложных продуктов естественной эволюции.