Маленький робот, полностью построенный из ДНК

Ученые из Inserm, CNRS и Université de Montpellier в Центре структурной биологии в Монпелье создали маленького робота, полностью построенного из ДНК. Нано-робот может привести к более детальному изучению механических сил, применяемых на микроскопическом уровне, что важно для различных биологических и патологических процессов.

Исследование было опубликовано в Nature Communications.

Клеточная механочувствительность

Наши клетки сталкиваются с механическими силами, которые оказываются на микроскопическом уровне, и эти силы запускают биологические сигналы, которые необходимы для многих клеточных процессов, ответственных за нормальное функционирование нашего тела или развитие определенных заболеваний.

Нарушение клеточной механочувствительности участвует в различных заболеваниях, где пораженные клетки мигрируют внутри тела, окружая и адаптируясь к механическим свойствам их микросреды. Эта адаптация возможна только потому, что конкретные силы обнаруживаются механорецепторами, которые передают информацию в цитоскелет клетки.

Наше текущее знание молекулярных механизмов, участвующих в клеточной механочувствительности, очень ограничено, поэтому исследовательская группа под руководством исследователя Inserm Гэтана Белло в Центре структурной биологии (Inserm/CNRS/Université de Montpellier) решила использовать альтернативный метод, называемый методом ДНК-оригами.

Метод ДНК-оригами

Метод ДНК-оригами позволяет создавать 3D-наноструктуры в предварительно определенной форме, используя молекулу ДНК в качестве строительного материала. Этот метод привел к значительным достижениям в области нанотехнологий.

Команда использовала этот метод для создания “нано-робота”, состоящего из трех структур ДНК-оригами. Он совместим с размером человеческой клетки, и впервые позволяет применять и контролировать силу с разрешением 1 пиконьютона, что составляет одну триллионную часть ньютона. Один ньютон можно сравнить с силой, с которой палец нажимает на ручку.

Это новое развитие является первым случаем, когда созданный человеком и самосборный объект на основе ДНК может применять силу с таким уровнем точности.

Команда объединила робота с молекулой, которая распознает механорецептор, что позволило направить робота к некоторым из наших клеток. Они также могли специально применять силы к целевым механорецепторам, локализованным на поверхности клеток, чтобы активировать их.

Этот инструмент может оказаться очень ценным для фундаментальных исследований. Он может помочь экспертам лучше понять молекулярные механизмы, участвующие в клеточной механочувствительности, а также привести к открытию новых клеточных рецепторов, чувствительных к механическим силам.

“Разработка робота, позволяющего применять силы на уровне пиконьютонов в vitro и in vivo, удовлетворяет растущему спросу научного сообщества и представляет собой значительный технологический прорыв. Однако биосовместимость робота может быть рассмотрена как преимущество для применения in vivo, но также может представлять собой слабость с чувствительностью к ферментам, которые могут разрушать ДНК. Следующим шагом будет изучение того, как можно модифицировать поверхность робота, чтобы он был менее чувствителен к действию ферментов. Мы также попробуем найти другие режимы активации нашего робота, используя, например, магнитное поле”, говорит Белло.