Ssylka

Революционная технология ДНК-оригами открывает путь к многоразовым биосенсорам

Исследователи из Калифорнийского технологического института разработали инновационную технологию на основе ДНК-оригами, которая может радикально изменить подход к обнаружению биомаркеров. Новый метод позволяет быстро определять наличие белков в биологических жидкостях без необходимости отправлять образцы в лабораторию.
Революционная технология ДНК-оригами открывает путь к многоразовым биосенсорам
Изображение носит иллюстративный характер

В основе технологии лежит концепция ДНК-оригами, впервые представленная Полом Ротемундом в 2006 году. Тогда ученому удалось создать «миниатюрные улыбающиеся лица из ДНК» размером около 100 нанометров и толщиной 2 нанометра. Техника ДНК-оригами обеспечивает контроль над молекулярными структурами на наноуровне, используя самосборку цепей ДНК. Длинная цепь ДНК («каркас») комбинируется с сотнями коротких комплементарных «скоб», которые складывают каркас в желаемую форму.

Недавно в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences была опубликована статья «Модульное электрохимическое обнаружение ДНК и белков на основе ДНК-оригами», описывающая новый прорыв в этой области. Ведущими авторами работы стали Бён-джин Джеон, бывший постдокторант Калтеха, и Маттео М. Гуарески, нынешний аспирант института, работающие в лаборатории Ротемунда. В исследовании также принимали участие Джейми М. Стюарт из UCLA, Эмили Ву и Ашвин Гопинат из MIT, Нецауалькойотль Арройо-Куррас из Медицинской школы Университета Джонса Хопкинса, Филипп Дофин-Дюшарм из Университета Шербрука в Канаде, Филип С. Лукеман из Университета Св. Иоанна в Нью-Йорке и Кевин В. Плаксо из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре.

Новая разработка представляет собой плоскую круглую структуру, напоминающую кувшинку, диаметром около 100 нанометров. Эта «кувшинка» соединена с золотым электродом с помощью ДНК-линкера. Как на «кувшинке», так и на электроде размещены короткие цепи ДНК, способные связываться с целевой молекулой (аналитом). Когда аналит связывается, он притягивает «кувшинку» к золотой поверхности.

Ключевым элементом системы являются 70 молекул-репортеров (редокс-активных молекул), расположенных на «кувшинке». Когда они оказываются достаточно близко к электроду, происходит редокс-реакция – молекулы теряют электроны, создавая электрический ток. Сила тока прямо пропорциональна количеству аналита, что позволяет не только обнаруживать, но и количественно определять присутствие целевых молекул.

В отличие от предыдущего подхода к биосенсорам, разработанного под руководством Кевина В. Плаксо и использовавшего одиночную цепь ДНК, новый метод имеет значительные преимущества. «Кувшинка» из ДНК-оригами больше одиночной цепи и может вместить 70 репортеров, что значительно усиливает сигнал. Кроме того, система держит репортеры вдали от поверхности до момента связывания аналита, что обеспечивает сильный, легко обнаруживаемый сигнал и позволяет работать с более крупными молекулами, такими как белки.

Исследователи продемонстрировали универсальность своей системы, используя короткие цепи ДНК на «кувшинке» и электроде в качестве адаптеров для обнаружения различных белков. Например, добавление биотина позволяет обнаруживать стрептавидин (белок, связывающийся с биотином), а добавление ДНК-аптамера – определять наличие фактора роста тромбоцитов BB (PDGF-BB), который связан с такими заболеваниями, как цирроз и воспалительные заболевания кишечника. «Мы просто добавляем эти простые молекулы в систему, и она готова обнаруживать что-то новое,» – объясняет Гуарески.

Одним из самых значительных преимуществ новой технологии является возможность многократного использования сенсора. Добавляя новые адаптеры, можно перенастраивать систему для различных типов обнаружения. В настоящее время наблюдается некоторая деградация сенсора со временем, но он может быть использован повторно не менее четырех раз. В будущем эта технология может найти применение в протеомике, позволяя измерять сотни белков в течение нескольких часов путем замены аналитов и повторных измерений на одной и той же сенсорной системе.


Новое на сайте

16953Обречена ли вселенная на коллапс через 10 миллиардов лет? 16952Новая забастовка усугубляет репутационный кризис Boeing 16951Хорнелундское золото: неразгаданная тайна викингов 16950Физический движок в голове: как мозг разделяет твердые предметы и текучие вещества 16949Скрыты ли в нашей днк ключи к лечению ожирения и последствий инсульта? 16948Почему символ американской свободы был приговорен к уничтожению? 16947Рукотворное убежище для исчезающих амфибий 16946Какую тайну хранит жестокая жизнь и загадочная смерть сестер каменного века? 16945Скрывает ли Плутон экваториальный пояс из гигантских ледяных клинков? 16944Взгляд на зарю вселенной телескопом Джеймса Уэбба 16943От сада чудес до протеина из атмосферы 16942Кратковременный сон наяву: научное объяснение пустоты в мыслях 16941Спутники Starlink создают непреднамеренную угрозу для радиоастрономии 16940Аутентификационная чума: бэкдор Plague год оставался невидимым