Kemikere bruger DNA til at bygge verdens mindste antenne

Forskere ved Université de Montréal har skabt en nanoantenne til at overvåge proteiners bevægelser. Rapporteret i denne uge i Nature Methods , enheden er en ny metode til at overvåge den strukturelle ændring af proteiner over tid - og kan gå langt for at hjælpe videnskabsmænd med bedre at forstå naturlige og menneskeskabte nanoteknologier.

"Resultaterne er så spændende, at vi i øjeblikket arbejder på at etablere en nystartet virksomhed til at kommercialisere og gøre denne nanoantenne tilgængelig for de fleste forskere og medicinalindustrien," siger UdeM kemiprofessor Alexis Vallée-Bélisle, undersøgelsens seniorforfatter.

En antenne, der fungerer som en tovejsradio

For over 40 år siden opfandt forskere den første DNA-synthesizer til at skabe molekyler, der koder for genetisk information. "I de senere år har kemikere indset, at DNA også kan bruges til at bygge en række forskellige nanostrukturer og nanomaskiner," tilføjede forskeren, som også har Canada Research Chair i Bioengineering and Bionanotechnology.

"Inspireret af DNA's 'Lego-lignende' egenskaber med byggesten, der typisk er 20.000 gange mindre end et menneskehår, har vi skabt en DNA-baseret fluorescerende nanoantenne, som kan hjælpe med at karakterisere proteiners funktion," sagde han.

"Som en tovejsradio, der både kan modtage og transmittere radiobølger, modtager den fluorescerende nanoantenne lys i én farve eller bølgelængde, og afhængigt af proteinbevægelsen, den fornemmer, sender den derefter lys tilbage i en anden farve, som vi kan registrere. "

En af de vigtigste nyskabelser ved disse nanoantenner er, at modtagerdelen af ​​antennen også bruges til at fornemme den molekylære overflade af det undersøgte protein via molekylær interaktion.

En af de største fordele ved at bruge DNA til at konstruere disse nanoantenner er, at DNA-kemien er relativt enkel og programmerbar," sagde Scott Harroun, en UdeM-doktorand i kemi og undersøgelsens første forfatter.

"De DNA-baserede nanoantenner kan syntetiseres med forskellige længder og fleksibilitet for at optimere deres funktion," sagde han. "Man kan nemt vedhæfte et fluorescerende molekyle til DNA'et og derefter vedhæfte denne fluorescerende nanoantenne til en biologisk nanomaskine, såsom et enzym.

"Ved omhyggeligt at justere nanoantennedesignet har vi skabt fem nanometer lange antenner, der producerer et tydeligt signal, når proteinet udfører sin biologiske funktion."

Fluorescerende nanoantenner åbner mange spændende veje inden for biokemi og nanoteknologi, mener forskerne.

"For eksempel var vi i stand til i realtid og for første gang at detektere funktionen af ​​enzymet alkalisk fosfatase med en række biologiske molekyler og lægemidler," sagde Harroun. "Dette enzym har været impliceret i mange sygdomme, herunder forskellige kræftformer og tarmbetændelse.

"Ud over at hjælpe os med at forstå, hvordan naturlige nanomaskiner fungerer eller fejler, og som følgelig fører til sygdom, kan denne nye metode også hjælpe kemikere med at identificere lovende nye lægemidler samt vejlede nanoingeniører til at udvikle forbedrede nanomaskiner," tilføjede Dominic Lauzon, en medforfatter til studiet laver sin ph.d. i kemi på UdeM.

Et væsentligt fremskridt, som disse nanoantenner muliggør, er også deres brugervenlighed, sagde forskerne.

"Måske det, vi er mest begejstrede for, er erkendelsen af, at mange laboratorier rundt om i verden, udstyret med et konventionelt spektrofluorometer, let kunne bruge disse nanoantenner til at studere deres yndlingsprotein, såsom at identificere nye lægemidler eller til at udvikle nye nanoteknologier," sagde Vallée -Bélisle. + Udforsk yderligere

Nyt termoelektrisk nanoantennedesign til brug ved høst af solenergi