Нанорозмірний маніпулятор здатний захоплювати і утримувати окремі наночастинки або віруси. У майбутньому такі конструкції можна буде вводити в кров, щоб вони працювали всередині організму, доставляючи ліки та борючись з вірусами.
Молекули ДНК складаються з чотирьох видів азотистих основ, які взаємодіють один з одним попарно, «злипаючись», немов мініатюрні магніти. Це дозволяє живим клітинам копіювати нитку ДНК, підбираючи комплементарні основи одна за одною. Але вчені навчилися застосовувати таку особливість і іншими способами – наприклад, для складання складних молекулярних структур, окремі деталі яких утримуються разом внаслідок тих же комплементарних зв’язків між основами ДНК.
За допомогою методу “ДНК-орігамі” вже отримали нанорозмірний двигун і відтворили репродукцію картини Ван Гога. А нещодавно Сін Ван (Xing Wang) і його колеги з Іллінойського університету в Урбана-Шампейн продемонстрували мікроскопічний маніпулятор NanoGripper, що нагадує кисть людської руки, але зібраний з молекул ДНК. Про це розповідається в статті, викладеній в онлайн-бібліотеці препринтів bioRxiv.
Конструкція “роборуки” нагадує людську кисть, тільки пальців у неї всього чотири, що розходяться від центру симетричним хрестом. У кожного пальця є три суглоби, як і у нас, при цьому їх довжина досягає всього 71 нанометра (мільярдні частки метра), товщина — вісім нанометрів. На “подушечках” можна розмістити ділянки ДНК із заздалегідь заданою послідовністю азотистих основ або інші “чутливі” молекули. Це дозволяє їм акуратно взаємодіяти з об’єктами, захоплюючи і утримуючи їх.
А.Схема пристрою NanoGripper; в. варіації структури «подушечок» пальців дозволяють захоплювати різні види об’єктів; с. взаємодія NanoGripper з вірусами може використовуватися для їх розпізнавання / ©Zhou et al., 2023
Вчені продемонстрували це, використовуючи золоті наночастинки (діаметром від 50 до 100 нанометрів), на поверхні яких розмістили фрагменти ДНК. Взаємодіючи з ними, “роборука” NanoGripper успішно захопила і утримувала їх. Аналогічні експерименти провели зі зразками коронавірусу SARS-CoV-2, що несуть додаткові ділянки ДНК. Поки маніпулятор зберігав своє захоплення, вони залишалися на місці і не могли заражати клітини.
Крім того, розроблена спеціальна модифікація маніпулятора, пов’язана з флуоресцентним білком, завдяки якому він світиться, коли захоплює потрібний вантаж. Таку конструкцію можна використовувати для точної ідентифікації вірусів. Вчені також вважають, що NanoGripper може знайти застосування в доставці ліків прямо всередину клітин.
Теоретично подібні конструкції можна вводити безпосередньо в організм. На відміну від вільної ДНК, яка швидко знищується ферментами крові, структури, отримані за допомогою ДНК-орігамі, досить стабільні. Більш того, їх можна зробити ще стійкіше, зміцнивши додатковими хімічними зв’язками або покривши найтоншої полімерної оболонкою. За словами Сін Вана, хіміки вже почали подібні випробування-поки на тваринах.