Saksalaisten ja kiinalaisten tutkijoiden ryhmä jakoi uskomattoman kokeen tulokset. Tutkijat ovat luoneet vain yhdestä molekyylistä koostuvan DNA-nanobotin ja käynnistäneet sen kaksiulotteiseen labyrinttiin, joka on suunniteltu origamin periaatteelle. Ns. DNA-navigaattori onnistui löytämään tien ulos.
Muista, että DNA-origami-tekniikan avulla voit luoda erilaisia rakenteita DNA-juosteista. Tämä on mahdollista johtuu siitä, että pitkät DNA-molekyylit koostuvat nukleotideistä, jotka muodostavat pareja: adeniini tymiinin kanssa, sytosiini guaniinin kanssa. Määrittämällä ketjun nukleotidisekvenssi voit saavuttaa sen, että se taittuu ja kiinnittyy oikeisiin paikkoihin ja oikeaan kulmaan. Tällä tavalla voit luoda äärettömän määrän rakenteita.
Münchenin teknillisen yliopiston Friedrich Simmelin ja Kiinan tiedeakatemian Chunhai Fanin johtama ryhmä käytti tässä tapauksessa DNA-origami-tekniikkaa luotaessa labyrintin, joka muistuttaa matemaattista puuraavaa. Tässä tapauksessa labyrintin”kanavilla” on ns. DNA-niitit, joihin toinen molekyyli voi kiinnittyä. Samaan aikaan alueet, joilla ei ole tällaisia "vihjeitä", toimivat "seinäinä".
On määritelty, että tuloksena oleva sokkelo on rakenteellisesti ekvivalentti kymmenen kärkipohjan juurtuneen puun kanssa (kaavio on esitetty alla). Se sisältää yhden sisäänkäynnin ja yhden poistumistien.
Labyrintti on rakenteellisesti yhtä suuri kuin kymmenen huipun juurtunut puu. Vertex A merkitsee sisäänkäyntiä. Mahdolliset reitit on merkitty punaisella, mutta vain yksi (oikealla) on oikea. Kuva luonnon materiaaleista.
Työn kirjoittajat selittävät, että heidän luomaa pientä laitetta kutsutaan DNA-kävelijäksi. Se liikkuu DNA-hybridisaation ketjureaktioiden läpi (sopivien yksijuosteisten nukleiinihappojen yhdistelmä yhdeksi molekyyliksi).
Hänen mukaansa tällainen mekanismi tarjoaa kyvyn kääntyä labyrinttiosuuksiin. Seurauksena on, että jos useita DNA-nanobotteja käynnistetään sellaiseen rakenteeseen, kukin niistä pystyy itsenäisesti tutkimaan yhtä mahdollisista reiteistä, joka tarjoaa samanaikaisen syvyys-ensin -haun (tämä on yksi menetelmistä graafin kulkemiseksi).
Mainosvideo:
Auttaakseen DNA-nanobottivalintaa valitsemaan ainoan oikean reitin monista vaihtoehdoista, tutkijat modifioivat kemiallisesti kärjen, joka edustaa poistumista.
Auttaakseen DNA-nanobottia valitsemaan oikean reitin monista vaihtoehdoista, tutkijat ovat kemiallisesti muokannut poistumista sokkeloista. Kuva luonnon materiaaleista.
Kokeilujen aikana asiantuntijat havaitsivat DNA-navigaattorien liikkeet skannaavalla atomivoimamikroskoopilla ja erittäin korkearesoluutioisella mikroskoopilla. Ensimmäinen menetelmä antaa mahdollisuuden seurata päällystettyjä reittejä ja alueita, joihin DNA-kävelijä ei ole vielä käynyt. Toinen menetelmä tarjoaa reitin fluoresoivana visualisointina nanomittakaavan resoluutiolla.
Tutkijat ovat vakuuttuneita siitä, että tällainen kehitys auttaa laajentamaan mahdollisuuksia nanoteknologian, biomolekulaarisen itsekokoonpanon ja tekoälyn aloilla. Tällaisia DNA-navigaattoreita voidaan käyttää tietojen tallentamiseen ja välittämiseen samoin kuin lääketieteessä erilaisten sairauksien, myös onkologian, diagnosointiin ja hoitoon.
Tätä työtä kuvataan yksityiskohtaisemmin Nature Materials -lehdessä julkaistussa artikkelissa.
Yulia Vorobyova