ДНК-оригами и флуоресцентные зонды для точного высвобождения молекулярного груза

Техника ДНК-оригами, позволяющая программировать ДНК для создания функциональных наноструктур, играет ключевую роль в разработке динамических систем, реагирующих на молекулярные сигналы.

Группы под руководством химика из LMU Филипа Тиннефельда опубликовали два исследования, показывающих, как ДНК-оригами и флуоресцентные зонды можно использовать для направленного высвобождения молекулярного груза.

Сенсор для обнаружения и доставки груза

В журнале Angewandte Chemie International Edition исследователи сообщают о разработке нового сенсора на основе ДНК-оригами, который может обнаруживать липидные везикулы и с высокой точностью доставлять к ним молекулярный груз. Сенсор работает с использованием одно-молекулярного флуоресцентного резонансного переноса энергии (smFRET), измеряя расстояние между двумя флуоресцентными молекулами.

Система состоит из структуры ДНК-оригами, из которой выступает одноцепочечная ДНК, помеченная флуоресцентной меткой на своём конце. При контакте этой ДНК с везикулами её конформация изменяется. Это меняет флуоресцентный сигнал, так как расстояние между флуоресцентной меткой и второй флуоресцентной молекулой на структуре оригами изменяется. Этот метод позволяет обнаруживать везикулы.

Точный перенос груза

На втором этапе система может использоваться для транспорта молекул, где сенсорная цепь служит молекулярным грузом, который может быть перенесён на везикулу. Дальнейшая модификация системы позволила исследователям точно контролировать перенос груза.

Липидные везикулы играют ключевую роль во многих клеточных процессах, таких как молекулярный транспорт и передача сигналов. Поэтому возможность их обнаружения и манипулирования ими особенно интересна для биотехнологических приложений, например, для разработки таргетных терапий.

Этот подход может указать путь для загрузки липидных наночастиц точно определённым количеством молекул в таких приложениях, как вакцины. «Наша система также предлагает многообещающие подходы для биологических исследований, когда речь идёт о лучшем понимании и контроле клеточных процессов на молекулярном уровне», — говорит Тиннефельд.

Управляемые конформационные изменения

Во втором исследовании, недавно опубликованном в Nature Communications, вторая команда под руководством Тиннефельда и Йонганга Ке (Университет Эмори, Атланта, Джорджия) представляет структуру ДНК-оригами, которая претерпевает ступенчатое аллостерическое конформационное изменение при связывании определённых цепей ДНК.

Используя FRET-зонды, исследователи смогли отследить этот процесс на молекулярном уровне и показать, как можно временно контролировать этапы реакции. Кроме того, они продемонстрировали, как в ходе этого процесса можно целенаправленно высвобождать ДНК-груз, открывая новые возможности для контролируемых реакционных каскадов.