Ученые построили самую маленькую антенну в мире, и она сделана из ДНК

Ученые построили самую маленькую из когда-либо созданных антенн всего пять нанометров в длину. В отличие от своих гораздо более крупных собратьев, с которыми все знакомы, эта крошечная вещь создана не для передачи радиоволн, а для того, чтобы собирать секреты постоянно меняющихся белков.


Наноантенна сделана из ДНК молекул, несущих генетические инструкции, которые примерно в 20 000 раз меньше человеческого волоса. Он также флуоресцентный, что означает, что он использует световые сигналы для записи и передачи информации, пишет Nature Methods.

И эти световые сигналы можно использовать для изучения движения и изменения белков в режиме реального времени.

Часть инновации с этой конкретной антенной заключается в том, что ее приемная часть также используется для определения молекулярной поверхности белка, который она изучает. Это приводит к отчетливому сигналу, когда белок выполняет свою биологическую функцию.


"Подобно двусторонней радиосвязи, которая может как принимать, так и передавать радиоволны, флуоресцентная наноантенна принимает свет одного цвета или длины волны, и в зависимости от движения белка, которое она ощущает, затем передает обратно свет другого цвета, который мы можем обнаружить", - подчеркивает химик Алексис Валле-Белиль из Университета Монреаля (UdeM) в Канаде.

В частности, работа антенны заключается в измерении структурных изменений белков с течением времени. Белки это большие сложные молекулы, которые выполняют в организме все виды основных задач, от поддержки иммунной системы до регулирования функций органов.

Однако по мере того, как белки спешат выполнять свою работу, они претерпевают постоянные изменения в структуре, переходя из состояния в состояние в рамках очень сложного процесса, который ученые называют белковой динамикой И у нас нет хороших инструментов для отслеживания динамики белков в действии.

"Экспериментальное изучение переходных состояний белка остается серьезной проблемой, потому что методы с высоким структурным разрешением, включая ядерный магнитный резонанс и рентгеновскую кристаллографию, часто не могут быть непосредственно применены для изучения короткоживущих состояний белка, - объясняет команда в своей статье. - Новейшая технология синтеза ДНК, разработка которой длилась около 40 лет, позволяет производить наноструктуры различной длины и гибкости, оптимизированные для выполнения требуемых функций".

Одним из преимуществ этой сверхмаленькой ДНК-антенны по сравнению с другими методами анализа является то, что она способна улавливать очень короткоживущие белковые состояния. Это, по словам исследователей, означает, что здесь есть множество потенциальных применений, как в биохимии, так и в нанотехнологиях в целом.



Изучая «универсальность» своей конструкции, команда успешно протестировала свою антенну с тремя различными модельными белками стрептавидином, щелочной фосфатазой и белком G но потенциально это еще не все, и одним из преимуществ новой антенны является ее универсальность. «Наноантенны можно использовать для мониторинга различных биомолекулярных механизмов в режиме реального времени, включая небольшие и большие конформационные изменения в принципе, любое событие, которое может повлиять на флуоресцентное излучение красителя», пишет команда в своей статье. ДНК становится все более и более популярной в качестве строительного блока, который мы можем синтезировать и использовать для создания наноструктур, таких как антенна в этом исследовании. Химия ДНК относительно проста в программировании и проста в использовании после программирования.

Сейчас исследователи стремятся создать коммерческий стартап, чтобы технологию наноантенн можно было практически упаковать и использовать другими, будь то фармацевтические организации или другие исследовательские группы.