Europejczycy innowatorami w bionanotechnologii
Naukowcy z Niemiec po raz kolejny dokonali ogromnego przełomu w bionanotechnologii, tym razem w dziedzinie monolitycznych czujników nanoporowych, zwiększając ich możliwości poprzez wyposażenie ich w nakładki wykonane z kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA). Ten znaczący krok naprzód został po części wykonany dzięki projektowi DNA ORIGAMI DEVICES (Badania pojedynczych molekuł w interakcjach białko-białko-DNA, aktywowanych przez origami DNA), który otrzymał grant Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERBN) o wartości 1,5 mln EUR z budżetu Siódmego Programu Ramowego (7PR) UE. Projekt ten otworzył nowe możliwości przed systematycznymi badaniami biologicznych interakcji makromolekularnych i pogłębi prawdopodobnie naszą wiedzę na temat procesów regulacyjnych w biologii. Odkrycia dokonane w toku najnowszych badań zostały zaprezentowane w czasopiśmie Angewandte Chemie International Edition. Wszystko w nanoskali odnosi się do czegoś tak małego, że może być mierzone jedynie w częściach biliardowych. W tym przypadku nanopory są niezwykle małymi otworami, zazwyczaj w materiałach syntetycznych, takich jak grafem czy krzem, i są wykorzystywane do analizy i sekwencjonowania molekuł kwasu nukleinowego. Biotechnologia nanoporów oferuje jedno z najbardziej obiecujących podejść do wykrywania i analizy pojedynczych molekuł. Osiągnięcie naukowców z Technische Universität München (TUM) w Niemczech polega na zwiększeniu zdolności monolitycznych nanoporów poprzez wyposażenie ich w nakładki wykonane z DNA. Nanoskalowe nakładki z przesłoną na środku, przystosowaną do rozmaitych funkcji "portiera", zostały zbudowane z tak zwanych origami DNA. To sztuka tworzenia struktur z DNA, które składane są w układy dostosowane do konkretnych potrzeb, o specyficznych właściwościach chemicznych. Jest to wielki przełom dla całej tej dziedziny i jego implikacje są dalekosiężne. Sukces nie przyszedł łatwo i jest owocem ciężkiej i wieloletniej pracy różnych zespołów. Jeden z nich, kierowany przez profesora Hendrika Dietza z TUM, skoncentrował swoje wysiłki na doskonaleniu kontroli nad technikami origami DNA i wykazaniem, jak wykonane w ten sposób struktury mogą umożliwić prowadzenie badań naukowych w różnych dziedzinach. Kolejny zespół badawczy, pracujący pod kierunkiem dr Ulricha Ranta z TUM, skupił się na tym samym, ale w dziedzinie monolitycznych czujników nanoporowych, których zasada działania polega na przepuszczaniu jedna po drugiej biomolekuł będących przedmiotem zainteresowania przez otwór nanoskalowy w cienkiej płytce materiału półprzewodnikowego. Kiedy biomolekuły przechodzą lub pozostają dłużej w takim czujniku, minimalne zmiany w przepływie prądu elektrycznego przez nanopory przekładają się na informacje o ich odrębności i właściwościach fizycznych. Dzięki współpracy naukowcy byli w stanie opracować nową koncepcję urządzenia, które do tej pory było czysto hipotetyczne. Wiązało się to z umieszczeniem nanopłytki origami DNA na cienkim końcu, zewnętrznej stożkowej powierzchni monolitycznego nanopora. Regulując czy też "dostrajając" wielkość środkowej apertury w nanopłytce DNA, naukowcy byli w stanie filtrować według wielkości typy przechodzących molekuł. Co więcej, umieszczając jednoniciowy receptor DNA w aperturze jako przynętę, zdołali umożliwić wykrywanie sekwencyjne molekuł będących przedmiotem "polowania". W zasadzie tego typu urządzenie mogłoby nawet posłużyć za podstawę nowatorskiego systemu sekwencjonowania DNA. "Szczególnym entuzjazmem napawa nas selektywny potencjał podejścia przynęta/ofiara w detekcji pojedynczych molekuł - mówi profesor Dietz - ponieważ wiele rożnych komponentów chemicznych poza DNA można by dołączyć do odpowiedniego miejsca na nanopłytce DNA". Zastosowania detekcyjne wysokiej rozdzielczości, takie jak sekwencjonowanie DNA, mogą napotkać na dodatkowe przeszkody, aczkolwiek jak wyjaśnia dr Rant: "Nanopory i ich portierzy origami DNA celowo umożliwiają przechodzenie małym jonom. W pewnych wyobrażalnych zastosowaniach staje się to niepożądanym prądem upływowym, który powinien zostać zredukowany wraz z wielkością wahań prądu".Więcej informacji: Technische Universität München (TUM): http://portal.mytum.de/welcome/ Angewandte Chemie International Edition: http://onlinelibrary.wiley.com/journal/10.1002/(ISSN)1521-3773
Kraje
Niemcy