Вчені створили ДНК-«наношприц», здатний керовано проколювати мембрану
Дослідники створили програмований пристрій із ДНК, який поводиться як мікроскопічний механічний шприц. Наноконструкція може закріпитися на ліпідній мембрані, за командою висунути «голку», проколоти бар'єр і забезпечити перенесення молекул. Після зворотного руху голка залишає мембрану, а система повертається у вихідний стан. Розробка демонструє, наскільки далеко просунулася технологія ДНК-орігамі — від статичних нанофігур до керованих машин.
Ідея натхненна природними бактеріальними ін'єкційними системами. Деякі бактерії використовують скоротливі молекулярні механізми для проникнення через мембрани та доставки білків. Відтворити подібну функціональність штучно складно: нанопристрій має бути одночасно достатньо жорстким, точним, рухомим, керованим і здатним взаємодіяти з м'якою ліпідною оболонкою.
Як працює молекулярний механізм
Основу пристрою формують два пучки ДНК-орігамі приблизно по 70 нанометрів завдовжки. Вони розташовані паралельно в протилежних напрямках і пов'язані наночастинкою золота діаметром близько 10 нанометрів. Один блок виконує роль основи, що кріпиться до мембрани за допомогою холестеринових якорів, а другий працює як рухома голка.
Рух запускається спеціальними короткими ланцюжками ДНК — своєрідним молекулярним «паливом». Вони змінюють місця зв'язування золотої наночастинки, завдяки чому два довгі блоки ковзають один відносно одного. Один крок дає приблизно 14 нанометрів зміщення, а два послідовні кроки — до 28 нанометрів. Цього достатньо, щоб наконечник пройшов крізь модельну ліпідну мембрану.
Усередині голки розташовані три вузькі канали діаметром близько двох нанометрів. Через них можуть пасивно проходити невеликі молекули та іони. Для більших молекул передбачений інший сценарій: вантаж можна прикріпити безпосередньо до кінчика голки і механічно перенести на інший бік мембрани під час її руху.
Не просто отвір у мембрані
Головна перевага конструкції — керованість. Голка не повинна постійно залишатися в мембрані. Дослідники показали оборотний рух, за якого наномеханізм може проникнути в мембрану, виконати потрібну операцію, а потім відступити. Електричні вимірювання через ліпідні шари підтвердили, що провідний канал виникає саме після запуску механічного руху голки, а не просто через присутність ДНК-конструкції на поверхні.
У модельних синтетичних клітинах система використовувалася не лише для транспорту, а й для запуску локальних біохімічних реакцій. Дослідники продемонстрували перенесення ДНК-компонентів, контроль реакцій поблизу мембрани, транскрипцію РНК та кероване розщеплення молекул РНК. Це перетворює наношприц на платформу, яку можна програмувати під різні задачі.
До застосування в живому організмі ще далеко. Необхідно перевірити стабільність конструкції у складному біологічному середовищі, її безпечність, точність наведення на потрібні клітини та поведінку імунної системи. Проте сама можливість створити механічний інструмент із ДНК розміром у десятки нанометрів показує новий рівень нанобіоінженерії. У перспективі подібні системи можуть стати основою для адресної доставки молекул, діагностики та керування процесами всередині штучних або живих клітин.
