Skupina znanstvenikov iz Nemčije in Kitajske je delila rezultate neverjetnega eksperimenta. Znanstveniki so ustvarili DNK nanobot, sestavljen iz samo ene molekule, in ga sprožili v dvodimenzionalni labirint, zasnovan po principu origami. Tako imenovanemu navigatorju DNK je uspelo najti pot.
Spomnimo se, da tehnologija origami DNK omogoča ustvarjanje različnih struktur iz pramenov DNK. To je mogoče zaradi dejstva, da so dolge molekule DNA sestavljene iz nukleotidov, ki tvorijo pare: adenin s timinom, citozin z gvaninom. Z določitvijo zaporedja nukleotidov v verigi lahko dosežete, da se bo zložil in pritrdil na pravih mestih in pod pravim kotom. Na ta način lahko ustvarite neskončno število struktur.
V tem primeru je ekipa, ki sta jo vodila Friedrich Simmel s Tehniške univerze v Münchnu in Chunhai Fan s Kitajske akademije znanosti, uporabila tehnologijo DNA origami, da je ustvarila labirint, ki spominja na matematični graf dreves. V tem primeru imajo "prehodi" labirinta tako imenovane sponke DNA, na katere se lahko pritrdi še ena molekula. Hkrati območja brez takšnih »namigov« služijo kot »zidovi«.
Navedeno je, da je dobljeni labirint strukturno enakovreden desetičrnemu zakoreninjenemu drevesu (diagram je prikazan spodaj). Vsebuje en vhod in en izhod.
Labirint je strukturno enakovreden drevesom z desetimi vrhovi. Vrh A označuje vhod. Možne poti so označene z rdečo, le ena (na desni) je pravilna. Ilustracija Nature Material.
Avtorji dela pojasnjujejo, da se drobna naprava, ki so jo ustvarili, imenuje sprehajalka DNK. Premika se z verižnimi reakcijami hibridizacije DNA (kombinacija primernih enoverižnih nukleinskih kislin v eno molekulo).
Po njegovem mnenju tak mehanizem zagotavlja možnost zavijanja v prehodih labirint. Če se v takšno strukturo sproži več nanobotov DNK, bo vsak od njih lahko samostojno raziskoval eno od možnih poti, kar bo omogočilo vzporedno prvo globinsko iskanje (to je ena od metod za prečkanje grafa).
Promocijski video:
Da bi pomagali DNK nanobotu izbrati edino pravilno pot iz mnogih možnosti, so znanstveniki kemično spremenili vrh drevesnega grafa, ki predstavlja izhod.
Da bi DNK nanobot izbral pravo pot iz različnih možnosti, so znanstveniki kemično spremenili izhod iz labirinta. Ilustracija Nature Material.
Med poskusi so specialisti opazovali gibanje navigatorjev DNK s pomočjo skenirajočega mikroskopa z atomsko silo in mikroskopa zelo visoke ločljivosti. Prva metoda omogoča sledenje tlakovanih poti in območij, ki jih pohodnik DNK še ni obiskal. Druga metoda zagotavlja fluorescentno vizualizacijo poti z ločljivostjo nanosilcev.
Raziskovalci so prepričani, da bo takšen razvoj pripomogel k širjenju priložnosti na področju nanotehnologije, biomolekularne samonastave in umetne inteligence. Takšni navigatorji DNK se lahko uporabljajo za shranjevanje in prenos informacij, pa tudi v medicini, za diagnostiko in zdravljenje različnih bolezni, vključno z onkologijo.
To delo je podrobneje opisano v članku, objavljenem v reviji Nature Materials.
Julija Vorobyova