Ett team av forskare från Tyskland och Kina delade resultaten av ett fantastiskt experiment. Forskare har skapat en DNA-nanobot, bestående av endast en molekyl, och lanserat den till en tvådimensionell labyrint, utformad enligt origamiprincipen. Den så kallade DNA-navigatorn lyckades hitta en väg ut.
Kom ihåg att DNA-origamiteknologi låter dig skapa olika strukturer från DNA-strängar. Detta är möjligt på grund av det faktum att långa DNA-molekyler består av nukleotider som bildar par: adenin med tymin, cytosin med guanin. Genom att ange sekvensen av nukleotider i kedjan kan du uppnå att den kommer att fällas och fästas på rätt platser och i rätt vinkel. På detta sätt kan du skapa ett oändligt antal strukturer.
I detta fall använde ett team under ledning av Friedrich Simmel från Tekniska universitetet i München och Chunhai Fan från Chinese Academy of Sciences DNA-origamiteknologi för att skapa en labyrint som liknar en matematisk trädgraf. I detta fall har "passagerna" i labyrinten så kallade DNA-häftklamrar, till vilka en annan molekyl kan fästas. Samtidigt fungerar områden utan sådana "ledtrådar" som "väggar".
Det specificeras att den resulterande labyrinten är strukturellt ekvivalent med ett tio-vertixrotat träd (diagrammet visas nedan). Den innehåller en ingång och en utgång.
En labyrint är strukturellt ekvivalent med ett tio-vertex rotat träd. Hörn A markerar ingången. Möjliga rutter är markerade med rött, men bara en (till höger) är korrekt. Illustration av Nature Materials.
Författarna till verket förklarar att den lilla enheten de skapade kallas en DNA-vandrare. Det rör sig genom kedjereaktioner av DNA-hybridisering (kombinationen av lämpliga enkelsträngade nukleinsyror till en molekyl).
Enligt honom ger en sådan mekanism förmågan att vända in labyrintpassagerna. Som ett resultat, om flera DNA-nanoboter lanseras i en sådan struktur, kan var och en av dem självständigt utforska en av de möjliga vägarna, vilket ger en parallell djup-först-sökning (detta är en av metoderna för att korsa grafen).
Kampanjvideo:
För att hjälpa DNA-nanobot att välja den enda rätta vägen från många alternativ modifierade forskarna kemiskt toppen av trädgrafen som representerar utgången.
För att hjälpa DNA-nanobot att välja rätt väg från olika alternativ har forskare kemiskt modifierat utgången från labyrinten. Illustration av Nature Materials.
Under experimenten observerade specialisterna DNA-navigatörernas rörelser med hjälp av ett mikroskop för atomkraft och ett mikroskop med mycket hög upplösning. Den första metoden gör det möjligt att spåra asfalterade rutter och områden som DNA-vandraren ännu inte har besökt. Den andra metoden ger fluorescerande visualisering av rutten med nanoskalaupplösning.
Forskarna är övertygade om att denna typ av utveckling kommer att hjälpa till att utöka möjligheterna inom området nanoteknik, biomolekylär självmontering och artificiell intelligens. Sådana DNA-navigatörer kan användas för att lagra och överföra information, såväl som inom medicin, för diagnos och behandling av olika sjukdomar, inklusive onkologi.
Detta arbete beskrivs mer detaljerat i en artikel publicerad i tidskriften Nature Materials.
Yulia Vorobyova