ДНК і нанотехнології

1. ДНК і нанотехнології

2. Про що буде йти мова??? • Взаємодія наномолекул і ДНК • Впорядкування наночастинок золота за допомогою ДНК • Біологічні “Цеглинки” для наноконструктора • Стратегії наноконструювання • Наноконструкції в дії • Сучасні досягнення • “ДНК-машина” • “ДНК-комп”ютер” • “Молекулярна динамо-машина” • Визначення поодиноких молекул ДНК • Детекція кокаїну з допомогою ДНК • Визначення поодиноких молекул ДНК

3. (a) Схематичне зображення інгібування іреактивації із глутатіоном в якості посередника при транскрипції ДНК. (b) Об”єм виходу РНК, відносно об”єму, отриманого в присутності MMPC при різних концентраціях глутатіону Взаємодія наномолекул і ДНК

4. (a) Схематичне зображення вивільнення ДНК із MMPC (3) – ДНК комплексу при дії ультрафіолетового випромінювання всередині клітини. (b) Схематичне зображення трансформації під дією світлового випромінювання катіонного MMPC (3) в аніонний MMPC (4).

5. (a) MPC (5) з розгалуженим поліетиленаміном PEI2. (b) Введення PEI2 в наночастинки збільшує ефективність трансфекції. Значення, даних у дужках, показує відношення азоту PEI до фосфату ДНК. β-Gal – β– галактозидаза.

6. Наночастинки золота мічені етидієм для вбудовування в ДНК.

7. (a) Дві наносистеми А і В, що формують нано-сітку ДНК А - голуба, B - оранжева. Номер позначає комплементарні ділянки ланцюгів. 1 "липне" до 1´ і т.д. Червоні ланцюги на ділянках ДНК – це A15. (b) Сітка ДНК, ділянки A15 розташовані на кожній точці перетину ланцюгів А і В. (c) Наночастинки золота на ДНК-сітці. Зігзаги позначають якірні ланцюги Т15. Впорядкування наночастинок золота за допомогою ДНК

8. Це амінокислоти, ліпіди, нуклеотиди. Такі біологічні “цеглинки” мають ряд переваг: Хімічна різноманітність Можуть спонтанно утворювати складні просторові структури Регульованийзбір таких “блоків”, відкриває можливості створення самих різних наноконструкцій Є дві основні стратегії наноконструювання Конструювання “крок за кроком” Конструювання за типом “усе зразу” Біологічні “Цеглинки” для наноконструктора

9. Липкі кінці дозволяють “склеїти” два фрагменти ДНК. "Склеювання“ відбувається за рахунок водневих зв”язків між комплементарними парами азотистих основ. Місця разриву цукрово-фосфатного ланцюга зшиваються ферментом лігазою, і утворюється повноцінна дволанцюгова молекула ДНК (А). Такимож чином із фрагментів з липкими кінцями формуються хрестоподібні структури (Б).

10. Американському хіміку Неду Зіману вдалось зробити куб з ДНК шляхом послідовного зшивання фрагментів. Спрощена схема цього кубу показана на рисунку А. • Та побудувати трьохмірну наноструктуру, що містить у свому складі молекули "гостей" (Б), методом покрокового синтезу поки не вдалось. (Рисунки публiкуються з дозволу Н. Зімана.)

11. Рідкий кристал у найпростішому випадку можна представити як структуру, що складається з площин які чергуються, в кoжній з яких сусідні молекули попри свою впорядкованість зберігають деякі дифузні степені свободи (А). У холестерика орієнтація молекул в послідовних шарах змінюється по спіралі. Величина P/2 - половина кроку спіральної структури холестерика (Б). У молекулах полімерів, включно з ДНК, кристал-холестерик можна зобразити у вигляді накладених решіток із гнучких стержнів (В). Холестеричну структуру легко ідентифікувати по оптичних властивостях. Якщо дивитись на тонкий шар холестеричного кристалу в поляризаційний мікроскоп, зображення буде різним в залежності від того, яким чином орієнтована вісь холестерика. Якщо паралельно покривним скельцям(а), то між перехрещеними поляроїдами спостерігається текстура – періодичне чергування темних і світлих смуг(а'), А якщо перпендикулярно (б), то ніякої картини нема – спостерігається повна темнота (б').

14. Наноконструкції в дії Де можна застосувати наноконструкції отримані шляхом самозбирання? Виділимо три найбільш преспективні напрямки: • Доставка ліків • Біосенсори • Оптичні фільтри

15. У новому методі детекції вірусів використано "уміння" ДНК працювати в якості генетичної бази даних з інформацією про віруси і її «здатність» до каталізу. (іллюстрація Getty). ДНК-машина

16. ДНК-комп”ютер обіграв людину у хрестики-нулики MAYA-II в руках дослідника. Дисплей на задньому плані показує результат одної із ігор в хрестики-нулики. ДНК-комп”ютер (замість нуликів він грав червоними точками), как бачимо, виграв у людини (сині точки, інакше — хрестики) (фото Columbia University Medical Center).

17. Сконструйований ДНК-комп”ютер • ДНК-комп”ютер здатний виконувати 330 трилiонiв вичислювальних операцiй в секунду.

18. Молекулярна динамо-машина Компютерне зображення наноактуатора на молекулi ДНК (iлюстрацiя iз сайту port.ac.uk).

19. Схима будови такого пристрою Молукулярний двигун для визначення поодиноких молекул ДНК

20. Етапи конструювання • I до молекул F1-АТФази, нанесених на мембрану, приеднуються молекули ДНК завдяки взамодi авiдину и бiотина • II золотi наночастинки зв’язуются з другим кiнцем ДНК • III при додаваннi iонiв магнiю i АТФ, F1-АТФаза починає обертати частинку золота

24. Детекція кокаїну за допомогою ДНК

25. Зміна забарвлення наночастинок в залежності від концентрації кокаїну (концентрація аптамеру 10мкМ)

26.  Контролi. • А) За вiдсутностi аптамеру колiр наночастинок не змiнюється при додаваннi кокаїну в рiзних концентрацiях. • В) Аналоги кокаїну не змiнюють колiр системи. EME - екгонiну метиловий ефiр, BE - бензоїлекгонiн.

27. Використання дволанцюгових ДНК-аптамерiв до аденозину (А) чи до К+ (В) дозволяє визначати присутнiсть аденозину (С) та iонов калiю (D).

28. I на завершення…

30. Дякую за увагу :)