Теперь команда, возглавляемая Ральфом Юнгманном, профессором экспериментальной физики в LMU в Мюнхене и руководителем лаборатории молекулярной визуализации и бионанотехнологии в Институте биохимии Макса Планка (Мартинсрид), сообщает о важном прогрессе в этом отношении. В онлайн-журнале Nature Communications он и его коллеги описывают режим микроскопии сверхвысокого разрешения, который позволяет визуализировать все нити в этих наноструктурах по отдельности.
Это позволило им сделать вывод, что сборка протекает устойчивым образом в широком диапазоне условий, но что вероятность того, что данная цепь будет эффективно включена, зависит от точного положения ее целевой последовательности в растущей структуре.Структуры ДНК-оригами по существу собираются, позволяя одной длинной одноцепочечной молекуле ДНК («каркасной» цепи) взаимодействовать контролируемым, заранее определенным образом с набором более коротких «основных» цепей. Последние связываются со специфическими («дополнительными») участками нити каркаса, постепенно складывая ее в желаемую форму. «В нашем случае нити ДНК самоорганизуются в плоскую прямоугольную структуру, которая в настоящее время служит основным строительным блоком для многих исследований, основанных на ДНК-оригами», — говорит Максимилиан Штраус, первый автор новой статьи, вместе с Флориан Шудер и Даниэль Хаас.
С помощью метода сверхвысокого разрешения под названием DNA-PAINT исследователи могут визуализировать наноструктуры с беспрецедентным пространственным разрешением, что позволяет им отображать каждую из нитей наноструктур. «Итак, теперь мы можем непосредственно визуализировать все компоненты структуры оригами и определить, насколько хорошо они сочетаются друг с другом», — говорит Штраус.Как следует из названия, сама техника DNA-PAINT также использует специфичность взаимодействий ДНК-ДНК.
Здесь короткие нити «имидж-сканера», связанные с молекулами красителя, которые образуют пары с комплементарными последовательностями, используются для идентификации сайтов, доступных для связывания. Нити имидж-сканера временно, но периодически взаимодействуют со своими целевыми участками, что приводит к "мигающему" сигналу. «Сравнивая информацию на отдельных флуоресцентных изображениях, мы можем достичь более высокого разрешения, чтобы мы могли детально исследовать всю структуру», — говорит Штраус. «Это явление можно понять следующим образом.
Допустим, мы смотрим на дом с двумя освещенными окнами. С определенного расстояния кажется, что свет исходит от одного источника.
Однако можно легко различить положения. двух окон, если поочередно включается и выключается свет ». Следовательно, этот метод позволяет исследователям точно определять положения связанных цепей скобок, а специфический мигающий сигнал, излучаемый цепями имидж-сканера, выявляет сайты, доступные для связывания.Результаты, полученные с помощью метода DNA-PAINT, показали, что вариации нескольких физических параметров, таких как общая скорость формирования структуры, мало влияют на общее качество процесса сборки. Однако, хотя его эффективность может быть повышена за счет использования дополнительных нитей скоб, не все нити были обнаружены во всех образованных наночастицах, то есть не все доступные участки были заняты во всех конечных структурах. «Поэтому при сборке наномашин рекомендуется, чтобы отдельные компоненты добавлялись в большом количестве, а позиции модификаций выбирались в соответствии с нашей схемой эффективности внедрения», — говорит Штраус.Таким образом, метод DNA-PAINT обеспечивает средства оптимизации построения наноструктур ДНК.
Кроме того, авторы считают, что эта технология имеет большой потенциал в области количественной структурной биологии, поскольку она позволит исследователям напрямую измерять такие важные параметры, как эффективность мечения антител, клеточных белков и нуклеиновых кислот.