DNA-mikrokapslarna med mönster gjorda av sekvensdesignade DNA-nanostrukturer. Kredit:Yusuke Sato
Biofysiker i Japan har hittat sätt att tillverka och manipulera kapselliknande DNA-strukturer som kan användas i utvecklingen av artificiella molekylära system. Sådana system kan till exempel fungera inuti människokroppen. Studien var ett samarbete mellan Yusuke Sato från Tohoku University och Masahiro Takinoue från Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), och resultaten publicerades i JACS Au .
För att göra kapslarna skapade forskarna först två olika typer av DNA-nanostrukturer. Varje typ gjordes med hjälp av tre enkelsträngade DNA-molekyler med klibbiga bitar i ändarna. På grund av skillnader i deras DNA-sekvenser höll bara liknande nanostrukturer ihop när de två typerna blandades.
Sato och Takinoue kombinerade sedan nanostrukturerna i lösning med en oljig blandning av laddade och icke-laddade molekyler. Blandningen värmdes först och kyldes sedan och undersöktes slutligen under ett mikroskop.
Forskarna fann att vatten-i-olja-droppar hade bildats, med DNA-nanostrukturerna som ackumulerades vid vatten-olja-gränssnittet. Nanostrukturerna kom samman i olika typer av lappliknande mönster, beroende på koncentrationen av varje typ i förhållande till den andra.
Forskarna fann också att DNA-nanostrukturerna agglomererade på ett mer homogent sätt när en extra X-formad DNA-nanostruktur lades till mixen för att koppla samman de två typerna.
Detta fungerade lika bra inuti lipidvesiklar som i vatten-i-olja-droppar. Sato och Takinoue kunde också separera DNA-kapslarna från dropparna och vesiklarna utan att förlora sina kapselliknande former. Slutligen kunde de öppna kapslarna och bryta ner dem med hjälp av specifika enzymer.
Schema över metoden för generering av DNA-kapslar och deras mikroskopibilder. Yusuke Sato
Fynden visar ett tillvägagångssätt för att konstruera och modifiera DNA-kapslar som kan ha en mängd olika funktioner och syften. De kan till exempel användas för att transportera ämnen till specifika målorgan och släppa ut sin last när de utsätts för vissa enzymer. De kan också göras mobila genom att använda DNA-nanostrukturer som kan manipuleras för att ändra formerna på kapslarna. Eller så kan de modifieras med proteiner eller DNA-baserade molekylära enheter för att skapa funktionella kompartmentstrukturer, som cellmembran.
"Vi tror att funktionella kapslar gjorda av DNA, som de vi har designat, kan ge ett nytt tillvägagångssätt för att utveckla kapselstrukturer för artificiella cellstudier och molekylär robotik", säger Sato och Takinoue.
Teamet kommer sedan att arbeta med att sätta in olika typer av last i kapslarna, inklusive DNA-informationsprocessorer, och släppa dem som svar på specifika stimuli. + Utforska vidare
