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

18590Является ли ИИ-архитектура, имитирующая мозг, недостающим звеном на пути к AGI? 18589Как Operation Endgame нанесла сокрушительный удар по глобальной киберпреступности? 18588Кибервойна на скорости машин: почему защита должна стать автоматической к 2026 году 18587Как одна ошибка в коде открыла для хакеров 54 000 файрволов WatchGuard? 18586Криптовалютный червь: как десятки тысяч фейковых пакетов наводнили npm 18585Портативный звук JBL по рекордно низкой цене 18584Воин-крокодил триаса: находка в Бразилии связала континенты 18583Опиум как повседневность древнего Египта 18582Двойной удар по лекарственно-устойчивой малярии 18581Почему взрыв массивной звезды асимметричен в первые мгновения? 18580Почему самые удобные для поиска жизни звезды оказались наиболее враждебными? 18579Смертоносные вспышки красных карликов угрожают обитаемым мирам 18578Почему самый активный подводный вулкан тихого океана заставил ученых пересмотреть дату... 18577Вспышка на солнце сорвала запуск ракеты New Glenn к Марсу 18576Как фишинг-платформа Lighthouse заработала миллиард долларов и почему Google подала на...