Nanoantena pagaminta iš DNR – molekulės, kurioje įrašytos genetinės instrukcijos ir kuri yra maždaug 20 000 kartų plonesnė už žmogaus plauką. Ji taip pat fluorescuoja – t.y. naudoja šviesos signalus informacijai įrašyti ir perduoti.
Šiais šviesos signalais galima tirti baltymų judėjimą ir jų pokyčius realiu laiku.
Dalis šios konkrečios antenos naujovių yra tai, kad jos imtuvo dalis taip pat naudojama tiriamo baltymo molekuliniam paviršiui apčiuopti. Dėl to, kai baltymas atlieka savo biologinę funkciją, gaunamas atskiras signalas.
„Kaip dvipusis radijas, kuris gali ir priimti, ir perduoti radijo bangas, fluorescencinė nanoantena priima vienos spalvos arba bangos ilgio šviesą – ir priklausomai nuo baltymo, kurį ji jaučia, judėjimo, vėl perduoda kitos spalvos šviesą, kurią mes galime aptikti“, – sako chemikas Alexis Vallée-Bélisle'is iš Monrealio universiteto Kanadoje.
Konkreti antenos užduotis – matuoti baltymų struktūrinius pokyčius laikui bėgant. Baltymai – tai didelės, sudėtingos molekulės, kurios organizme atlieka įvairias svarbias užduotis: nuo imuninės sistemos palaikymo iki organų funkcijų reguliavimo.
Tačiau baltymai atlikdami savo darbą nuolat keičia savo struktūrą, pereidami iš vienos būsenos į kitą labai sudėtingu procesu, kurį mokslininkai vadina baltymų dinamika. O mes neturime gerų priemonių, kuriomis galėtume stebėti šią baltymų dinamiką.
„Eksperimentinis baltymų pereinamųjų būsenų tyrimas tebėra didelis iššūkis, nes didelės struktūrinės skiriamosios gebos metodų, įskaitant branduolinį magnetinį rezonansą ir rentgeno spindulių kristalografiją, dažnai negalima tiesiogiai taikyti trumpalaikėms baltymų būsenoms tirti“, – straipsnyje aiškina komanda.
Naujausia DNR sintezės technologija, kuri buvo kuriama apie 40 metų, gali pagaminti pagal užsakymą pritaikytas skirtingo ilgio ir lankstumo nanostruktūras, optimizuotas reikiamų funkcijų atlikimui.
Vienas iš šios itin mažos DNR antenos pranašumų, palyginus su kitais analizės metodais, yra tas, kad ji gali fiksuoti labai trumpalaikes baltymų būsenas. Tai, pasak tyrėjų, reiškia, kad tai suteikia daugybę pritaikymo galimybių tiek biochemijoje, tiek nanotechnologijose apskritai.
„Pavyzdžiui, pirmą kartą realiuoju laiku galėjome nustatyti fermento šarminės fosfatazės funkcionavimą su įvairiomis biologinėmis molekulėmis ir vaistais, – sako Monrealio universiteto chemikas Scottas Harrounas. – Šis fermentas yra susijęs su daugeliu ligų, įskaitant įvairias vėžines ligas ir žarnyno uždegimus“.
Tyrinėdama savo dizaino „universalumą“, mokslininkų komanda sėkmingai išbandė sukurtą anteną su trimis skirtingais modeliniais baltymais – streptavidinu, šarmine fosfataze ir baltymu G – tačiau potencialiai galima pasiekti dar daugiau, o vienas iš naujosios antenos privalumų yra jos universalumas.
„Nanoantenos gali būti naudojamos skirtingų biomolekulinių mechanizmų stebėjimui realiuoju laiku, įskaitant mažus ir didelius konformacinius pokyčius – iš esmės bet kokį įvykį, galintį turėti įtakos dažiklio fluorescencinei emisijai“, – rašo komanda.
DNR tampa vis populiaresniu statybiniu bloku, kurį galime sintetinti ir juo manipuliuoti, kad sukurtume nanostruktūras – pavyzdžiui, šiame tyrime pateiktą anteną. DNR chemiją palyginus paprasta užprogramuoti, o užprogramuotą ją lengva naudoti.
Dabar mokslininkai siekia sukurti komercinį startuolį, kad nanoantenų technologiją galėtų naudoti kiti – nesvarbu, ar tai būtų farmacijos organizacijos, ar kitos mokslinių tyrimų grupės.
„Turbūt labiausiai mus jaudina suvokimas, kad daugelis laboratorijų visame pasaulyje, turinčių įprastą spektrofluorometrą, galėtų lengvai panaudoti šias nanoantenas savo mėgstamiems baltymams tirti – pavyzdžiui, kuriant naujus vaistus ar nanotechnologijas“, – sako A. Vallée-Bélisle'is.
Tyrimas paskelbtas žurnale „Nature Methods“.
Parengta pagal „Science Alert“.
