Chemici vyrobili z DNA nejmenší anténu světa, měří jen pět nanometrů

Vědci z Montrealské univerzity vytvořili nanoanténu pro sledování pohybu proteinů. Zařízení, o němž tento týden informoval časopis Nature Methods, je úplně novou metodou, která může pomoci sledovat změny proteinů v průběhu času a může vědcům pomoci lépe porozumět přírodním, ale i lidmi navrženým nanotechnologiím.

Vizualizace antény z DNA
Zdroj: University of Montreal Autor: Caitlin Monney

„Výsledky jsou tak skvělé, že jsme hned začali pracovat na založení start-upu, který by tuto nanoanténu dokázal komerčně využít a ona se tak dostala k co nejvíc vědcům ve farmaceutickému průmyslu,“ uvedl hlavní autor studie Alexis Vallée-Bélisle.

Před více než čtyřiceti lety vědci vynalezli první syntetizátor DNA, který umožnil vytvořit molekuly kódující genetickou informaci. „V posledních letech si ale chemici uvědomili, že DNA lze využít také k vytváření různých nanostruktur a nanostrojů,“ vysvětluje Vallée-Bélisle.

Obousměrná vysílačka

„DNA má vlastně podobné vlastnosti jako stavebnice LEGO, skládá se z drobných kostiček, z nichž se dá skládat cokoliv. Inspirovali jsme se těmito vlastnostmi a vytvořili jsme z těchto kostiček, které jsou dvacettisíckrát menší, než je tloušťka lidského vlasu, fluorescenční nanoanténu na bázi DNA, která může pomoci s pochopením funkcí proteinů,“ dodal.

„Podobně jako obousměrná vysílačka, která dokáže přijímat i vysílat rádiové vlny, fluorescenční nanoanténa přijímá světlo v jedné barvě nebo vlnové délce a v závislosti na pohybu proteinu, který snímá, pak vysílá zpět světlo v jiné barvě, kterou můžeme detekovat,“ popisuje vědec princip miniaturního zařízení.

Jednou z hlavních inovací těchto nanoantén je, že přijímací část antény je využita také ke snímání molekulárního povrchu studovaného proteinu prostřednictvím molekulární interakce – jako by to byla současně anténa a ještě k tomu kamera.

„Největší výhodou použití DNA pro konstrukci těchto nanoantén je, že chemie DNA je relativně jednoduchá a programovatelná,“ říká první autor studie Scott Harroun. Nanoantény na bázi DNA se podle něj dají syntetizovat s různou délkou a flexibilitou, což znamená, že se dá velmi snadno zajistit, aby byly specializované pro řadu konkrétních úkolů. „K DNA lze snadno připojit fluorescenční molekulu a pak tuto fluorescenční nanoanténu připojit k biologickému nanostroji, například enzymu,“ vysvětluje.

K čemu to je?

Výsledná anténka sice měří pouhých pět nanometrů, ale vydává zřetelný signál, když protein vykonává svou biologickou funkci. Takové fluorescenční nanoantény otevírají podle vědců mnoho zajímavých cest v biochemii a nanotechnologiích.

„Podařilo se nám například poprvé v reálném čase detekovat funkci enzymu alkalické fosfatázy s různými biologickými molekulami a léčivy,“ řekl Harroun. Tento enzym se podílí na mnoha onemocněních, včetně různých druhů rakoviny a střevních zánětů.

„Kromě toho, že nám tato nová metoda pomůže pochopit, jak přirozené nanostroje fungují nebo nefungují, což následně vede k onemocnění, může také pomoci chemikům identifikovat nové slibné léky a také nasměrovat nanoinženýry k vývoji vylepšených nanostrojů,“ dodal spoluautor studie Dominic Lauzon.

Jedním z hlavních pokroků, které tyto nanoantény umožňují, je podle vědců také jejich snadné použití. „Asi nejvíce nás těší, že spousta laboratoří na celém světě, které jsou vybaveny běžným spektrofluorometrem, by mohlo tyto nanoantény snadno využít ke studiu svých oblíbených proteinů, například k identifikaci nových léčiv nebo k vývoji nových nanotechnologií,“ doplnil Vallée-Bélisle.