Hlavní strana Autorské články a zajímavosti ze světa biotechnologií Největší DNA origami na světě a RNA origami

Největší DNA origami na světě a RNA origami

Datum: 9.3.2015

Skládáte si elegantní papírové skládačky origami? A co takhle origami z řetězců nukleových kyselin? Podle všeho je to neméně povznášející umění a také pozoruhodný nástroj pro nanoinženýry.

DNA origami jsou struktury z řetězců DNA, které se sami skládají do požadovaných dvou a trojrozměrných tvarů. Nanoinženýři při skládání DNA origami vycházejí ze základního řetězce původně virové DNA (scaffold strand), na který pak navazují nově navržené syntetické řetězce, vytvářející vlastní tvar konstrukce (staple strands).

Vlastní postup skládání DNA origami vypadá tak, že se syntetické řetězce smíchají s roztokem, který obsahuje základní řetězec. Inženýři pak výsledný roztok zahřejí a opět ochladí. Přitom se všechny syntetické řetězce naváží na příslušná místa v základním řetězci, který se zkroutí do výsledného tvaru.

Technologie DNA origami byla po dlouhou dobu omezená délkou základního řetězce 7 249 bází, což vývojářům dovolovalo vytvářet struktury rozličných tvarů, ale zhruba o rozměrech 70 krát 90 nanometrů. Ve skládání DNA origami teď podle všeho došlo k zásadnímu průlomu.

Má ho na svědomí tým, kterému šéfoval Thomas LaBean ze Státní univerzity Severní Karolíny. Povedlo se jim složit doposud největší DNA origami na světě, jehož úctyhodný základní řetězec zahrnuje 51 466 bází a jehož rozměry po složení činí přibližně 200 krát 300 nanometrů.

LeBeanovi a jeho kolegům ale nešlo jen o světový rekord, i když je nepochybně potěšil. Také se snažili vyvinout životaschopnou technologii skládání obřích DNA origiami, kterou by nabídli nanoinženýrům. A podle všeho úspěšně. Museli při tom zdolat dvě hlavní nesnáze. Nejprve potřebovali fungující základní řetězec DNA o délce přes 51 kilobází, s čímž jim pomohl molekulární biolog Stanley Brown z Kodaňské univerzity. A pak se neobešli bez efektivního postupu tvorby syntetických řetězců, kterých potřebovali přes 1 600 namísto obvyklých 220. To velmi elegantně vyřešili předěláním inkoustové tiskárny na stroj syntetizující DNA přímo na plastový čip.

Výsledná technologie obřích DNA origami je nejen rekordní, ale také obstojně spolehlivá. Podle LanBeana se jim správně poskládá více než 90 procent DNA origami. Nanoinženýři se teď jistě mohou těšit na řadu zajímavých aplikací, od biomedicíny až po nanoelektroniku.

DNA origami jsou dnes už docela zavedené, nedávno se ale objevily i RNA origami, které fungují poněkud odlišně a nabízejí nanoinženýrům zase jiné závratné možnosti. Cody Geary z dánské Aarhuské univerzity a jeho kolegové vymysleli důvtipnou metodu, kterou skládají RNA origami z jediného řetězce RNA.

Na rozdíl od DNA origami jsou RNA origami vytvářeny enzymy uvnitř živých buněk a nanoinženýři je tedy mohou využít ke stavbě buněčných nanotováren, jejichž uplatnění si lze zatím jenom obtížně představit. Pokud se ale RNA origami ukážou být životaschopnou technologií, čekají nás nepochybně fantastické věci.

Gearyho spolupracovník a autor metody DNA origami Paul Rothemund z Caltechu si pochvaluje, jak by RNA origami doopravdy mohly být zajímavé pro biologické aplikace nanotechnologií. DNA origami totiž nejde jen tak zakódovat do genomu nějakého organismu. RNA origami ale mohou být vytvořeny jako sekvence DNA, kterou pak může přeložit do RNA řetězce šikovný protein RNA polymeráza.

Podle sebekritického Rothemunda jsou klasické DNA origami vlastně docela nákladnou a komplikovanou záležitostí, kdežto RNA origami by se mohly vcelku levně a snadno pěstovat v bakteriích, do nichž by nanoinženýři vložili příslušnou sekvenci DNA. A práce s bakteriemi je v dnešní době krásně jednoduchá.

Autor: RNDr. Stanislav Mihulka Ph.D.

Líbil se Vám tento článek? Doporučte jej svým známým.