Systém s vyšším rozlišením odhaluje mechaniku drobného "chodce DNA"

Calling All Cars: The General Kills at Dawn / The Shanghai Jester / Sands of the Desert (Červen 2019).

Anonim

Výzkumníci zavedli nový typ mikroskopie s "vysokým rozlišením" a použili jej k objevení přesného chůze za malými strukturami z DNA, které by mohly najít biomedicínské a průmyslové aplikace.

Výzkumníci také ukázali, jak "DNA Walker" dokáže uvolnit protinádorovou drogu, která představuje potenciální novou biomedicínskou technologii, řekl Jong Hyun Choi, profesor strojírenství na Purdue University.

Syntetické nanomotory a chodci jsou složitě navržené systémy, které čerpají chemickou energii z prostředí a přeměňují ji na mechanický pohyb. Jelikož jsou však příliš malé, aby bylo možné je pozorovat pomocí konvenčních světelných mikroskopů, vědci se nemohli naučit přesné kroky, které se podílejí na mechanismech chůze, znalosti nezbytné pro zdokonalování technologie.

"Pokud nemůžete tyto chodce vyřešit nebo sledovat v akci, nebudete schopni porozumět jejich mechanickému chodu, " řekl Choi.

Vedl tým Purdue, který tento problém vyřešil tím, že vyvinul mikroskopický systém s vysokým rozlišením navržený ke studiu DNA chodců. Nové poznatky se objevily v časopise Science Advances dne 20. ledna.

Výzkumníci z celého světa vytvářejí syntetické motory založené na DNA a RNA, genetické materiály v buňkách, které sestávají ze sekvence čtyř chemických bází: adenin, guanin, cytosin a thymin. Designy jsou inspirovány přírodními biologickými motory, které se vyvíjely tak, aby plnily specifické úkoly důležité pro funkci buněk.

Výzkumníci společnosti Purdue navrhli DNA systém chůze sestávající z enzymatického jádra a dvou ramen. Walker cestuje po uhlíkové nanotrubové dráze "zdobené" prameny RNA. Enzymatické jádro odštěpuje segmenty těchto řetězců RNA, jelikož se chodce nepřetržitě pohybuje dopředu, váže se na energii z RNA a sklízí ji. Walker se pohybuje v šestistupňovém cyklu, který se opakuje, dokud je RNA palivo.

Fluorescenční nanočástice jsou připojeny k jedné raménce chodce DNA, což způsobuje, že svítí při vystavení světlu ve viditelné části spektra. Pásmo uhlíkových nanotrubiček také fluoreskuje při vystavení světlu v části blízkého infračerveného spektra. Protože nový mikroskopický systém s vysokým rozlišením pracuje jak ve viditelných, tak v infračervených spektrech, je možné sledovat pohybový mechanismus.

Technologie superrozlišování umožňuje výzkumníkům vyřešit strukturní vlastnosti mnohem menší, než je vlnová délka viditelného světla, což je běžně obtížné s využitím konvenčních mikroskopů kvůli Abbeho difrakčnímu limitu, který stanovil fyzik Ernst Abbe v roce 1873. Limit je asi 250 nanometrů, což je velká ve srovnání s malými chodci, měřícími asi 5 nanometrů.

Jak je DNA chodec vystaven laserovému světlu, nanočástice a nanotrubice se náhodně zapínají a vypínají. Tyto záblesky jsou zachyceny jako četné fluoreskující tečky v tisících zobrazovacích snímků. Tato sbírka bodů se pak používá k rekonstrukci přesného pohybu chodce, který se pohybuje v šestistupňovém cyklu, který zahrnuje odštěpení částí RNA vlákna a sklizeň jeho energie předtím, než se přesune na další vlákno.

Závěry odhalily tři hlavní kroky, které dominují tomuto mechanismu chůze.

"Takže, pokud můžete ovládat tyto tři kroky v tomto cyklu chůze, můžete opravdu studovat a lépe ovládat tyto chodce, " řekl Choi. "Můžete je urychlit, můžete je zastavit a pohybovat se různými směry."

Zatímco předtím by trvalo 20 hodin nebo déle, než by se mohl studovat úplný cyklus chůze, nový přístup urychluje proces zhruba na jednu minutu.

menu
menu