Fremstilling og manipulation af kapsellignende DNA-strukturer til brug i kunstige molekylære systemer

Biofysikere i Japan har fundet måder at fremstille og manipulere kapsellignende DNA-strukturer, der kunne bruges i udviklingen af ​​kunstige molekylære systemer. Sådanne systemer kunne for eksempel fungere inde i menneskekroppen. Undersøgelsen var et samarbejde mellem Yusuke Sato fra Tohoku University og Masahiro Takinoue fra Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), og resultaterne blev offentliggjort i JACS Au .

For at lave kapslerne skabte forskerne først to forskellige typer DNA-nanostrukturer. Hver type blev lavet ved hjælp af tre enkeltstrengede DNA-molekyler med klæbrige bidder i deres ender. På grund af forskelle i deres DNA-sekvenser holdt kun lignende nanostrukturer sig sammen, når de to typer blev blandet.

Sato og Takinoue kombinerede derefter nanostrukturerne i opløsning med en olieagtig blanding af ladede og ikke-ladede molekyler. Blandingen blev først opvarmet og derefter afkølet og til sidst undersøgt under et mikroskop.

Forskerne fandt ud af, at vand-i-olie-dråber var dannet, hvor DNA-nanostrukturerne akkumulerede ved vand-olie-grænsefladen. Nanostrukturerne kom sammen i forskellige slags patch-lignende mønstre, afhængigt af koncentrationen af ​​hver type i forhold til den anden.

Forskerne fandt også ud af, at DNA-nanostrukturerne agglomererede på en mere homogen måde, da en ekstra X-formet DNA-nanostruktur blev tilføjet til blandingen for at forbinde de to typer sammen.

Dette fungerede lige så godt inde i lipidvesikler som i vand-i-olie-dråber. Sato og Takinoue var også i stand til at adskille DNA-kapslerne fra dråberne og vesiklerne uden at miste deres kapsellignende former. Endelig var de i stand til at åbne kapslerne og nedbryde dem ved hjælp af specifikke enzymer.

Resultaterne viser en tilgang til at konstruere og modificere DNA-kapsler, der kan have en række forskellige funktioner og formål. For eksempel kunne de bruges til at transportere stoffer til specifikke målorganer og frigive deres last, når de udsættes for visse enzymer. De kan også gøres mobile ved at bruge DNA-nanostrukturer, der kan manipuleres til at ændre formerne på kapslerne. Eller de kunne modificeres med proteiner eller DNA-baserede molekylære enheder for at skabe funktionelle kompartmentstrukturer, såsom cellulære membraner.

"Vi tror på, at funktionelle kapsler lavet af DNA, ligesom dem, vi har designet, kan give en ny tilgang til udvikling af kapselstrukturer til kunstige cellestudier og molekylær robotteknologi," siger Sato og Takinoue.

Holdet vil derefter arbejde på at indsætte forskellige typer last i kapslerne, herunder DNA-informationsprocessorer, og frigive dem som reaktion på specifikke stimuli. + Udforsk yderligere

Forskere udvikler DNA-mikrokapsler med indbyggede ionkanaler