Tým vědců z Německa a Číny sdílel výsledky úžasného experimentu. Vědci vytvořili DNA nanobot, skládající se pouze z jedné molekuly, a vypustili ji do dvourozměrného bludiště navrženého na principu origami. Takzvanému DNA navigátoru se podařilo najít cestu ven.
Připomeňme, že technologie DNA origami vám umožňuje vytvářet různé struktury z řetězců DNA. To je možné díky skutečnosti, že dlouhé molekuly DNA jsou složeny z nukleotidů, které tvoří páry: adenin s tyminem, cytosin s guaninem. Zadáním sekvence nukleotidů v řetězci můžete dosáhnout toho, že se sklopí a upevní na správných místech a ve správném úhlu. Tímto způsobem můžete vytvořit nekonečný počet struktur.
V tomto případě tým vedený Friedrichem Simmelem z Technické univerzity v Mnichově a fanouškem Chunhai z Čínské akademie věd použil technologii DNA origami k vytvoření bludiště, které se podobá matematickému stromovému grafu. V tomto případě mají „pasáže“labyrintu tzv. DNA svorky, ke kterým se může připojit jiná molekula. Oblasti bez takových „vodítek“zároveň slouží jako „stěny“.
Je specifikováno, že výsledné bludiště je strukturálně ekvivalentní kořenovému stromu s deseti verty (diagram je uveden níže). Obsahuje jeden vchod a jeden východ.
Bludiště je strukturálně ekvivalentní kořenovému stromu s deseti verty. Vrchol A označuje vchod. Možné trasy jsou označeny červeně, ale pouze jedna (napravo) je správná. Ilustrace od přírodních materiálů.
Autoři práce vysvětlují, že malé zařízení, které vytvořili, se nazývá DNA walker. Pohybuje se řetězovou reakcí hybridizace DNA (kombinace vhodných jednořetězcových nukleových kyselin do jedné molekuly).
Podle něj takový mechanismus poskytuje schopnost proměnit se v bludišti. Výsledkem je, že pokud bude do takové struktury vypuštěno několik DNA nanobotů, bude každá z nich schopna samostatně prozkoumat jednu z možných cest, která zajistí paralelní vyhledávání hloubkou - první (to je jedna z metod pro procházení grafem).
Propagační video:
Vědci chemicky upravili horní část stromového grafu představujícího výstup, aby DNA nanobot vybral jedinou správnou cestu z mnoha možností.
Vědci chemicky upravili výstup z bludiště, aby pomohli nanobotu DNA zvolit správnou cestu z různých možností. Ilustrace od přírodních materiálů.
Během experimentů odborníci pozorovali pohyby navigátorů DNA pomocí skenovacího atomového mikroskopu a mikroskopu s velmi vysokým rozlišením. První metoda umožňuje sledovat zpevněné trasy a oblasti, které DNA walker dosud nenavštívil. Druhá metoda poskytuje fluorescenční vizualizaci trasy s rozlišením v nanočásticích.
Vědci jsou přesvědčeni, že tento vývoj pomůže rozšířit příležitosti v oblasti nanotechnologií, biomolekulárního sebestavení a umělé inteligence. Tyto DNA navigátory mohou být použity k ukládání a přenosu informací, stejně jako v lékařství, pro diagnostiku a léčbu různých nemocí, včetně onkologie.
Tato práce je podrobněji popsána v článku publikovaném v časopise Nature Materials.
Julia Vorobyová