Saksamaa ja Hiina teadlaste meeskond jagas hämmastava eksperimendi tulemusi. Teadlased on loonud ainult ühest molekulist koosneva DNA nanoboti ja käivitanud selle kahemõõtmeliseks labürindiks, mis on kujundatud origami põhimõttel. Niinimetatud DNA-navigaatoril õnnestus leida väljapääs.
Tuletage meelde, et DNA origami tehnoloogia võimaldab teil luua DNA ahelatest erinevaid struktuure. See on võimalik tänu sellele, et pikad DNA molekulid koosnevad nukleotiididest, mis moodustavad paarid: adeniin tümiiniga, tsütosiin guaniiniga. Ahela nukleotiidide järjestuse täpsustamisega saate saavutada, et see voldib ja kinnitub õigetesse kohtadesse ja õige nurga all. Sel viisil saate luua lõpmatu hulga struktuure.
Sel juhul kasutas Müncheni tehnikaülikooli Friedrich Simmeli ja Hiina teaduste akadeemia Chunhai Fani juhitud meeskond DNA origami tehnoloogiat, et luua labürint, mis meenutab matemaatilist puugraafikut. Sel juhul on labürindi “läbipääsudel” niinimetatud DNA klambrid, mille külge saab kinnituda teine molekul. Samal ajal toimivad niisuguste vihjeteta alad seintena.
Täpsustatakse, et saadud labürint on struktuurilt ekvivalentne kümne tipuga juurdunud puuga (skeem on näidatud allpool). See sisaldab ühte sissepääsu ja ühte väljapääsu.
Labürint on struktuurilt ekvivalentne kümne tipuga juurdunud puuga. Vertex A tähistab sissepääsu. Võimalikud marsruudid on tähistatud punasega, kuid õige on ainult üks (paremal). Illustratsioon loodusmaterjalide järgi.
Töö autorid selgitavad, et nende loodud pisikest seadet nimetatakse DNA-kõndijaks. See liigub läbi DNA hübridisatsiooni ahelreaktsioonide (sobivate üheahelaliste nukleiinhapete kombinatsioon üheks molekuliks).
Tema sõnul annab selline mehhanism võimaluse keerata labürindi käikudesse. Selle tulemusel saab mitme DNA nanoboti käivitamiseks sellisesse struktuuri igaüks neist iseseisvalt uurida ühte võimalikest marsruutidest, mis tagab paralleelse sügavuse-esimese otsingu (see on üks graafi läbimise meetodeid).
Reklaamvideo:
Aitamaks DNA nanobotil valida paljude võimaluste hulgast ainus õige tee, modifitseerisid teadlased väljumist tähistava puu graafiku ülaosa keemiliselt.
Selleks, et aidata DNA nanobotil valida paljude võimaluste hulgast õige tee, on teadlased keemiliselt muutnud labürindist väljumist. Illustratsioon loodusmaterjalide järgi.
Katsete ajal vaatasid spetsialistid DNA navigaatorite liikumist skaneeriva aatomjõu mikroskoobi ja väga kõrge eraldusvõimega mikroskoobi abil. Esimene meetod võimaldab jälgida sillutatud marsruute ja alasid, mida DNA-jalutaja pole veel külastanud. Teine meetod tagab marsruudi fluorestsentsi visualiseerimise nanoskaala eraldusvõimega.
Teadlased on kindlad, et selline areng aitab laiendada võimalusi nanotehnoloogia, biomolekulaarse iseseadmise ja tehisintellekti valdkonnas. Selliseid DNA-navigaatoreid saab kasutada teabe salvestamiseks ja edastamiseks, aga ka meditsiinis mitmesuguste haiguste, sealhulgas onkoloogia diagnoosimiseks ja raviks.
Seda tööd kirjeldatakse üksikasjalikumalt ajakirjas Nature Materials avaldatud artiklis.
Julia Vorobjova
