За допомогою методики орігамі нуклеїнових кислот хіміки зібрали найбільші структури із заздалегідь заданою геометрією з одноланцюжкових молекул - зокрема, вдалося зібрати ромб, сердечко і смайлик. У результаті вдосконаленого підходу вдалося отримати ДНК-структури з 10 тисяч нуклеотидів і РНК-структури з 6 тисяч нуклеотидів, повідомляють вчені в статті в.
Структура нуклеїнових кислот (ДНК і РНК) являє собою ланцюжки, що складаються з нуклеотидів (аденін, цитозин і гуанін - в обох кислотах, а також тимін, який зустрічається тільки в молекулах ДНК, і урацил - тільки в РНК). Через те, що нуклеотиди здатні до утворення комплементарних зв'язків один з одним (гуанін - з цитозином, а аденін з тіміном або урацилом), нуклеїнові кислоти здатні формувати структури подвійної спіралі, а також здійснювати процеси реплікації, транскрипції і трансляції. Природу комплементарності зв'язків хіміки вирішили використовувати в методиках ДНК-і РНК-орігамі для того, щоб складати з окремих одиночних коротких ділянок молекул нуклеїнових кислот штучні структури заздалегідь заданої форми і з потрібним розташуванням функціональних груп, складаючи полімерні ланцюжки і фіксуючи ці складки за допомогою спеціальних молекул-скріпок.
Зазвичай у орігамі з нуклеїнових кислот використовуються молекулярні петлі з досить коротких ланцюжків, які потім з'єднуються разом в одну загальну структуру розміром в кілька десятків нанометрів. Ті ж функціональні структури, які вдавалося повністю зібрати з одиночних молекул, містили в собі тільки від 80 до 660 нуклеотидів. В одному з експериментів вдалося скласти у восьмикутник ланцюжок відразу з 1669 нуклеотидів, але для цього використовувалися чотири допоміжних, більш коротких молекули.
Група хіміків з США, Німеччини, Франції та Китаю під керівництвом Пен Іня (Peng Yin) з Гарвардського університету розробила методику, за допомогою якої великі нанометрові структури потрібної геометрії можна збирати з усього одного довгого одноланцюжкового (англ. single strand) молекули нуклеїнової кислоти (у своїй роботі вчені розглянули і ДНК, і РНК).
В основі запропонованого механізму лежить можливість обміну ланцюжками нуклеїнових кислот між двома спіральними структурами, в яких два ланцюжка пов'язані комплементарним зв'язками. Автори роботи використовували два різні механізми обміну (паралельний і антипараллельний), що дозволяє додатково скріплювати структуру молекули в потрібних місцях і жорстко фіксувати геометрію всієї системи. Мікроструктуру утворених систем з нуклеїнових кислот автори досліджували за допомогою атомно-силового мікроскопа.
В результаті авторам роботи вдалося зібрати системи різних заданих заздалегідь геометрій з одноланцюжкової ДНК в 10 тисяч нуклеотидів і одноланцюжковий РНК в 6 тисяч нуклеотидів. Геометрію отриманих наноструктур розміром від 10 до 30 нанометрів автори роботи змінювали в досить широких межах: це могли бути трикутники, паралелограми, кола і фігури у формі сердечок.
Крім того, у своїй роботі хіміки показали можливість прикріплювати до молекул нуклеїнових кислот функціональні групи в потрібних місцях. За допомогою такого підходу, наприклад, круглі ДНК-структури перетворили на смайлики.
Вчені відзначають, що системи, які вдається отримувати за допомогою методики ДНК-і РНК-орігамі вже значно ближче до реальних додатків. Автори роботи сподіваються, що запропонована методика через можливість відтворення в біологічних умовах допоможе отримати одноланцюжкові структури, які можна буде використовувати, наприклад, для наномедицини.
Минулого тижня деякі з учених, які входили в колектив авторів цієї роботи, разом з колегами з Німеччини та Франції опублікували статтю, в якій запропонували зворотний підхід до ДНК-орігамі - використання дуже короткі молекули ДНК, що складаються з усього декількох десятків нуклеотидів. Системи з двох-трьох таких молекул являють собою «цеглинки», з яких, як з деталей конструктора, можна збирати великі і складні тривимірні структури.