Учёные создали «ДНК-капли» из спроектированных наноструктур ДНК

В области ДНК-нанотехнологий учёные научились проектировать последовательности ДНК для создания заданных наноструктур. Эти структуры можно использовать для исследования биомолекулярных функций или создания искусственных клеточных систем. Контролируемое взаимодействие между молекулами ДНК играет ключевую роль в таком явлении, как жидко-жидко фазовое разделение (ЖЖФР) — образование более плотных капель в разбавленной фазе, что важно для многих биологических процессов.

Группа учёных из Токийского технологического института под руководством профессора Масахиро Такиноуэ спроектировала Y-образные наноструктуры ДНК («Y-мотивы»). Каждый луч Y-мотива содержит короткий «липкий конец», способный взаимодействовать с другими совместимыми липкими концами.

Ключевые результаты исследования (Science Advances):

• При постепенном снижении температуры Y-мотивы обратимо агрегировали, формируя сначала капли, а затем гели.
• При добавлении второго набора Y-мотивов с несовместимыми липкими концами образовывались два отдельных набора капель. Это показало, что последовательности ДНК можно настроить для избирательного слияния.
• Учёные создали специальную связывающую структуру ДНК, способную соединять несовместимые Y-мотивы. Её добавление привело к образованию смешанных капель из обоих типов мотивов.
• Использование расщепляемого варианта этой связывающей структуры и последующее добавление определённого фермента вызвало деление капель и их разделение на Янус-капли с двумя несмешивающимися половинами, каждая из которых содержала свой тип Y-мотива.
• Конъюгируя молекулы груза с цепями ДНК, совместимыми с одним из типов Y-мотивов, учёные смогли локализовать эти молекулы исключительно на одной половине капли.

Таким образом, исследователи смогли «запрограммировать» ДНК и «контролировать» их поведение, что открывает путь к созданию искусственных реакционных сред для изучения биологических систем и доставки лекарств.

«Наша система жидко-жидко фазового разделения на основе ДНК может стать новой основой для разработки искусственного клеточного инжиниринга», — объясняет профессор Такиноуэ.

Поскольку точные последовательности ДНК можно легко производить с помощью доступных методов биоинженерии, потенциальные применения управления поведением материалов через ДНК-последовательности очень широки. Профессор Такиноуэ заключает, что это поведение может быть распространено на другие материалы, модифицированные ДНК, и однажды может послужить для разработки роботизированных молекулярных систем, сравнимых с живыми клетками.