Днк-оригами: путь от гравюры до нанороботов длиной в 30 лет

Подготовительный этап

Перед тем как в домашних условиях сделать химическую завивку, нужно к ней подготовиться. За двадцать дней до мероприятия нельзя локоны красить. Не лишним перед химической завивкой будет провести тест на чувствительность к препаратам. Для этого за ухо следует нанести немного средства и подождать сутки. Если аллергической реакции не последует, то продукт можно использовать и, наоборот, при раздражении и сыпи лучше отказаться от применения препарата.

Перед данным мероприятием следует посмотреть, как будет действовать химический реагент на волосы. Для этого небольшой локон обрабатывают составом для завивки. Если через пару минут прядь будет рваться, то концентрацию раствора снижают вдвое. Процедуру повторяют на другой пряди

Если волосы все равно рвутся, то необходимо отказаться от химической завивки и уделить внимание восстановлению, укреплению шевелюры

Все средства для данного мероприятия должны соответствовать типу волос. Для длинных коклюшки выбирают большего диаметра, для коротких — меньшего. Обязательно перед завивкой следует оценить состояние волос. Слабые пряди не следует подвергать подобному мероприятию.

Перед процедурой локоны увлажняют, что улучшает впитываемость химического раствора, сокращает время выдержки препарата, делает завивку более натуральной и в меньшей степени травмирует локоны.

Проведение завивки «Локоном»

О том, как сделать химическую завивку в домашних условиях (фото результата процедуры можно посмотреть ниже), пойдет речь дальше. Для проведения процедуры следует:

• Разделить волосы на несколько частей. Каждая прядь обрабатывается «Локоном», расчесывается и накручивается на коклюшки (бигуди). После того как вся шевелюра будет накручена, её укрывают полиэтиленовой шапочкой и полотенцем. С данного момента отсчитывается время завивки.
• Период воздействия для всех волос разный. На мягких прядях препарат держат до 20 минут, на шевелюре нормального типа — до 16-18 минут, на жестких локонах — не более 10-12 минут.
• По прошествии указанного времени следует развернуть несколько локонов в разных частях головы и посмотреть степень завивки. Если кудряшка не образовалась, то прядь снова накручивают на бигуди. Следующий контроль завивки проводят через пять минут. Так делают до тех пор, пока локон не обретет нужную форму. Максимальное время выдержки «Локона» на волосах составляет 45 минут.
• После образования завитков средство для завивки смывают, не снимая бигуди или коклюшки, стараясь не смешивать между собой пряди. Полотенце прикладывают к волосам, чтобы собрать остатки влаги.

После завивки прядей переходят к этапу нейтрализации химического вещества.

Как сделать химическую завивку в домашних условиях без «Локона»?

Дома можно сделать химзавивку и без «Локона», купив в магазине профессиональной косметики уже готовые наборы для проведения данного мероприятия. Процедура включает в себя следующие этапы:

• Перед тем как сделать завивку, следует вымыть локоны без кондиционера и бальзама-ополаскивателя.
• Пряди слегка подсушить полотенцем.
• Волосы накрутить на бигуди, начиная с затылка.
• Вокруг головы кожный покров смазать вазелином по линии роста волос.
• Нанести средство для завивки. Если нужны мягкие локоны, выдерживают 10 минут, для сильной завивки требуется полчаса.
• Надеть шапочку и обернуть волосы полотенцем.
• Провести контроль завивки, раскрутив несколько локонов: если результат удовлетворительный, то средство смывают, а если прядь недостаточно закручена, ждут ещё 5-10 минут.
• Далее шевелюру обрабатывают фиксатором. Выдерживают 10 минут, снимают бигуди и на локоны наносят ещё раз оставшуюся часть фиксатора. По истечении 5 минут волосы промывают водой.
• Локоны ополаскивают водой с уксусом.
• Наносят восстанавливающее средство.

Перед тем как сделать химическую завивку в домашних условиях самой себе, следует внимательно изучить инструкцию к готовому набору. Средство для завивки в среднем держат 25 минут на прядях жесткого типа, 20 минут на средних и 15 минут на тонких.

«Бактериофаг системы Т7»

Прогресс в науках о живом знает немало научных революций и периодов прорывного развития. Такие вдохновляющие эпохи не всегда определялись новой концепцией или гениальным пророком. Иногда он был связан с находкой новой модельной системы, которая очень хорошо подходит для исследования определенного круга проблем. «Биомолекула» посвятила настенный календарь 2020 года таким «супермоделям» — эпохальным для науки исследуемым ею живым системам. Так, Neurospora grassa — плесневый гриб, имеющий гаплоидный набор хромосом и оттого немедленно фенотипически выдающий любые мутации; маленькая аквариумная рыбка Danio rerio — удобный объект для изучения развития позвоночных и т.д. Хорошей живую модель делает простота организации, удобство в содержании и «прозрачность» — легкость, с которой мы можем наблюдать интересующий нас целевой процесс или явление. В идеале в этом модельном объекте хотелось бы еще «что-то подкрутить и поломать», чтобы узнать, для чего же оно там было исходно.

Рисунок 5. Бактериофаг Т7 — срез через вирион (слева) и общий вид

Его жертва — кишечная палочка E. coli — самый популярный прокариотический объект для исследований. И Т7 — инфекционный агент — внедряется внутрь ее клетки. Точнее будет сказать «в клетку внедряется его геном» — он вбрасывается через канал в основании вирусной частицы, в то время как пустой «скафандр» остается на поверхности. Его задачей была доставка генома и специфическое связывание с E. coli. После этого начинается самое захватывающее — жизненный цикл бактериофага Т7.

Как правильно привязать Атом к леске

Не рекомендуется привязывать «Атом» к леске, если планируется ловить щуку. Это чревато не только потерей колебалки, но и сходом рыбы. У щуки довольно острые зубы, а если особь большая, то она может запросто заглотить наживку и перекусить леску. Чтобы этого не произошло, нужно воспользоваться поводком. Если решено ловить окуня, то хватит и лески.

Читайте: Отводной поводок для спиннинга оснастка и монтаж

Узлы

Этот простой узел называется «универсальный». В ушко блесны продевается леска, а ее конец протягивается на 10 см таким образом, чтобы образовалась петля. Конец лески обматывает цевье не меньше 5 раз вокруг. Свободный конец пронизывает петлю, которая уже была приготовлена. Леска продевается с внутренней стороны ушка. Перед затяжкой узла обязательно требуется намочить его, иначе леска перегорит от силы трения.

Этот вариант подойдет для крепления плетенки на блесна mister cro атом и прочие наживки. Называется он «паломар». Сквозь ушко блесны продевается сложенная леска, далее формируется обычный узел. Затем нужно перекинуть петлю, что выходит из узла, через блесну и затянуть. Оставшийся конец лески обрезать. Так рекомендуется делать, когда привязывается блесна атом 2, так как вариант прост, и есть пошаговый процесс на фото.

Читайте: Как правильно крепить блесну на спиннинг

Основные правила

Химическая завивка прядей, проводимая в домашних условиях, требует особенного внимания. При её проведении следует придерживаться следующих правил:

• Если локоны обрабатывались восстановителем, то завивку делают тогда, когда они будут полностью срезаны.
• «Химию» делают только тогда, когда предыдущая завивка исчезнет полностью с волос.
• Во время проведения процедуры нельзя использовать металлические изделия.
• Чтобы не повредить кожу рук и ногтевую платину, процедуру проводят в резиновых перчатках.
• При попадании препарата в глаза их следует незамедлительно промыть водой.
• Для ускорения образования завитка нельзя использовать фен, так как это усилит степень травмирования волос.
• При наличии повреждений на кожном покрове головы (ссадины, раны) процедуру не проводят.

Соблюдение вышеуказанных правил поможет избежать нежелательных последствий и добиться нужного результата.

Исчерпывающие мутанты

Сложный характер зависимости промоторной активности от физико-химических свойств ДНК и от нуклеотидной последовательности требует полных или по меньшей мере больших данных. Вот если бы получить все или почти все возможные варианты промотора Т7 и узнать, насколько они активны… А ведь в постгеномную эпоху и век дешевых NGS это как раз таки реализуемо! И уже проделано в отношении промотора Т7. В работе использована высокопроизводительная методология: в небольшие фрагменты ДНК встроили почти 8 тысяч случайным образом измененных последовательностей промотора фага Т7, а также последовательности-метки (баркоды) — чтобы потом разобрать, кто есть кто. Далее напрямую замерили их промоторную активность. Имея в распоряжении полные последовательности (промотор + небольшой контекст), нетрудно и рассчитать те физико-химические параметры дуплекса, которые не требуют значительных участков ДНК на входе (SIDD здесь, к сожалению, отпадает — ведь для расчета этого параметра дуплекса нужны очень крупные фрагменты ДНК).

Что показала данная работа и последующий анализ данных о последовательности, физико-химии и величине промоторной активности? Прежде всего, она подтвердила многие выводы о важности отдельных нуклеотидов в конкретных положениях и согласованности таких замен. Нетривиальный результат: ранее для этого ученые не одно десятилетие скрупулезно изучали геном T7 с помощью доступных тогда методов

И теперь мы знаем, что высокопроизводительный, основанный на NGS подход — хороший способ разобраться в устройстве других промоторов и вообще вовлеченных в регуляцию областей ДНК. В том числе в новых, не исследованных геномах, которые нам поставляют бесчисленные секвенаторы.

В отношении теоретической стороны вопроса промоторно-полимеразного узнавания эти работы также дали интересный результат

Оказалось, что положение –2 промотора (если считать за единицу точку старта транскрипции), которому уделялось сравнительно мало внимания при описании структурных основ инициации, очень важно для физико-химических свойств ДНК. Действительно, замена данного нуклеотида способна резко изменить профиль электростатического потенциала или склонности к изгибам

В этом положении промоторы бактериофагов (не только Т7, но и нескольких других сходной «конструкции») почти всегда находятся нуклеотиды A либо T, в единичных промоторах из десятков — G или C (рис. 7). В пределах же промоторов Т7-ДНК нахождение А или Т определяется как раз принадлежностью к «противопоставленным» друг другу группам — классам II и III. Означает ли это особую миссию –2 положения промотора Т7 или нет? Мы надеемся, что эксперименты вскоре помогут это установить , .

Биография Т7 от начала до конца… До 3′-конца

Рисунок 6. Геномная карта бактериофага Т7 — это и история его жизни «слева направо»

Ранняя область ближе всего в 5′-концу и включается первой. Она населена соответствующими ранними генами. Для их транскрипции не захвативший собственную РНК-полимеразу фаг «угоняет» таковую у E. coli. Для этого у Т7 имеются подходящие «посадочные площадки» — стандартные бактериальные промоторы. Пожалуй, разве что сильнее привлекающие прокариотическую РНК-полимеразу, чем ее собственные. Прием успешного паразита, отметим мы, — будь то бактериофаг или кукушка. К тому же многие из них «столпились» вместе у самого 5′-конца. В результате фазы I коварного плана бактериофаг изменяет состояние бактерии «под себя» и появляется его собственная Т7-РНК-полимераза, которая и берет дальнейшую транскрипцию (генов II и III класса) на себя.

Далее включается область генов II класса и соответствующих промоторов. Их задача — активная наработка ДНК бактериофага (ее репликация), а также синтез лизоцима — антибактериального фермента, с помощью которого потомкам бактериофага предстоит выбраться из гибнущей клетки. Стандартный сценарий для такого литического фага, как Т7.

Наконец, область генов и промоторов III класса. Их задача — обеспечить созревание фаговой ДНК, сборку новых вирусных частиц и затем упаковать одно в другое.

На этом жизненный цикл Т7 заканчивается литической и трагической концовкой. Весь экшн занимает обычно 17 мин, по минутам же расписано переключение между его фазами , . Но остается довольно животрепещущий вопрос: что переключает активность областей этого элементарного генома?

Секреты ловли щуки на блесны «Атом»

Если охота идет на окуня или щуку, рыболов должен обращать внимание на места, где происходит бой. Это время, когда в определенном радиусе мелкая рыба выпрыгивает из воды, распуганная большими хищными рыбами

Причем выпрыгивать может одновременно несколько рыбешек. Это верный признак того, что в этом месте хозяйничает хищник.

Для начала лучше сделать несколько проводок описанными методами у дна, так как добыча, как правило, именно там. Если ничего нет, возможно, это окунь или мелкая щучка, поэтому следует сделать несколько поверхностных проводок или проводок с половинным заглублением. В стоячей воде подойдет блесна «mister cro атом», так игра снасти будет реалистичнее.

Читайте: Как выбрать уловистую блесну на щуку

Колеблющаяся блесна «атом» своими руками

Для тех, кто задается целью сделать колебалку атом своими руками, нужно сделать чертеж, по которому и будет создаваться приманка. За основу возьмем модель блесны «Атом 1». Для этого берутся главные размеры, это 25×65×2. Есть компьютерные программы, в которые вносятся размеры чертежа. После этого программа создает по заданным параметрам макет в электронном виде. Макет сканируется в полном масштабе, а далее блесна вырезается для дальнейших действий.

Материалы

Для производства блесны атом на щуку подходят следующие материалы:

• Цинк.
• Сталь.
• Серебро.
• Алюминий.
• Мельхиор.
• Латунь.
• Олово.

После изучения нюансов конкретного материала станет понятно, какими качествами будут наделены будущие колебалки. Это касается также цвета, веса и минимальной толщины, что повлияет на последующие колеблющиеся свойства.

Как изготовить

Шаблон лучше сделать сразу на металле. Рисунок клеится на тонкой металлической пластине и вырезается контур ножницами по металлу. Для создания у блесны внутреннего изгиба подойдет хоккейная шайба или шаровидный чекан с толстой резиновой подкладкой.

Можно воспользоваться мебельным болтом М6, что имеет полукруглую шляпку. Округлости хватает, чтобы придать требуемую форму изнутри. Чтобы пропорции сходились с оригиналом, следует сверять изделие с оригинальным.

Далее требуется просверлить отверстие для крючка и вертлюжка. Оба отверстия нужно расположить на продольной оси колебалки, иначе во время игры будут лишние движения.

На мелководье в солнечный день рыба хорошо видит цвета. Подойдет желтый металл со шлифованной поверхностью. Также хорошо работает затемненный цвет, который получает окисленный металл. Главное, чтобы поверхность была отполирована.

Читайте: Как изготовить блесну «топорик»

Читайте: Как сделать блесну из трубки в домашних условиях

Принцип действия

Прежде чем приступать к созданию эффекта Бифельда-Брауна своими руками, важно понять, почему возникает данное явление

В сильных электрических полях появляется коронный разряд. Это приводит к тому, что рядом с острыми гранями возникает ионизация атомов воздуха. На практике чаще всего используют 2 электрода. Первый имеет тонкую и острую грань, вокруг которой напряжение электрического поля достигает максимальных значений. Этого достаточно, чтобы началась ионизация воздуха. Второй электрод, напротив, обладает широкими и плавными гранями. Чтобы эффект сработал, напряжение между электродами должно составлять несколько десятков киловольт (или даже мегавольт). Эффект исчезнет, если между электродами произойдет пробой. Схема эффекта Бифельда-Брауна представлена на картинках.

Рядом с острым электродом происходит ионизация воздуха. Образующиеся ионы начинают двигаться к широкому электроду. В результате движения они сталкиваются с молекулами воздуха, что приводит к передаче энергии от ионов к молекулам. Последние либо начинают быстрее двигаться, либо сами превращаются в ионы. Это приводит к тому, что от острого электрода к широкому возникает поток воздуха. Силы этого потока достаточно, чтобы поднять в воздух небольшую модель. Данное устройство обычно называют ионолетом или лифтером.

Проведенные эксперименты показывают, что эффект Бифельда-Брауна в вакууме не работает. Наличие газовой среды является обязательным условием для создания явления.

Место ДНК в клетке и обществе

Представления о ДНК сейчас есть у любого. Рэперы упоминают ее в своих текстах, sci-fi-фильмы и сериалы показывают нам ДНК разноцветной и вращающейся, а ее имя и образ мелькают в дизайне и рекламе — виртуальных и уличных. Не столько с сожалением, сколько с иронией отметим: образ, порой напрочь потерявший асимметрию желобков и правильное число оснований на виток, не говоря уже о правозакрученности. А ведь есть еще и ДНК стиля или бренда… Действительно, двухспиральный, копирующийся, таящий информацию о самом сокровенном образ плотно «лег в руку» творческих людей. Но самое, пожалуй, неопровержимое доказательство врастания ДНК в культуру и язык — ее собственная пиктограмма. Мессенджеры даже предлагают данный значок для обозначения слова «наука» наряду с учеными в белых халатах, пробирками и телескопами (рис. 1).

Применение ДНК-оригами: ДНК-чипы, молекулярные машины и нанороботы

Пока мы затрагивали в основном процесс конструирования и сборки ДНК-оригами, и практически никак не упоминали о том, зачем все это нужно. И действительно, ведь ДНК-структуры разрабатываются не для того чтобы ими любоваться и получать эстетическое удовольствие! Современные ДНК-нанотехнологии направлены на решение нескольких прикладных задач, связанных с медициной, биотехнологией и программированием.

ДНК-конструкции могут нести на поверхности несколько строго ориентированных функциональных групп, специфически связывающих ту или иную молекулу, и, таким образом, регистрировать их присутствие. В самых простых случаях синтезируется специальная ДНК-скрепка с последовательностью, комплементарной молекуле РНК или ДНК в растворе. При использовании АСМ мы можем зафиксировать даже акт единичного связывания такой молекулы, так как при возникновении связи между структурой ДНК-оригами и целевой молекулой, последняя начинает сильно «выпирать» . Это сразу бросается в глаза при анализе изображения.

Использование лигандов или аптамеров позволяет создавать настоящие сенсорные чипы. С их помощью можно регистрировать наличие не только одноцепочечных молекул нуклеиновых кислот, но и интересующих нас молекул белков и других соединений. При удачном стечении обстоятельств, речь может идти об обнаружении даже единичных молекул.

Способность к регистрации можно улучшить, фиксируя структуры ДНК-оригами на поверхности подложки. Подложка при этом заранее размечается методами литографии и травления, после чего обрабатывается специальными химическими соединениями. При правильной подготовке «плацдарма» для посадки, ДНК-структуры выстраиваются точно по порядку в интересующих нас местах и даже в нужной ориентации . В совокупности, последовательность таких операций дает довольно точное размещение на подложке конструкций ДНК-оригами, которые, в свою очередь, служат подложкой для еще более точного размещения исследуемых молекул самой разной природы. Чип для широкого круга регистрируемых химических соединений готов к использованию!

Одним из интереснейших направлений ДНК-нанотехнологий является создание молекулярных машин, которые могли бы проводить разнообразные операции при минимальном участии человека. Например, Нэд Симан с коллегами собрал шагающую ДНК-машину с двумя ногами , . На заранее сконструированной подложке (тоже собранной из ДНК) они разместили несколько других простых ДНК-машин, которые держали золотые наночастицы и могли их высвобождать при изменении конформации. Наш «молекулярный пешеход» ходил по подложке (по заранее известной дороге, которую тоже надо было собрать) и, когда оказывался вблизи носителей золота, отбирал у них золотую наночастицу! Заполучив немного золота, наш герой не успокаивался и шел за следующей порцией золотой добычи. По окончанию экспериментов жадный ДНК-пешеход должен был неплохо обогатиться!

Для того, чтобы продемонстрировать возможности программируемого перемещения молекулярных машин, другая группа исследователей собрала ДНК-«паука» с тремя ногами и одним хвостом . (Странный, конечно, паук получился, но мы закроем на это глаза.) К ногам ДНК-«паука» были прикреплены функциональные молекулярные группы, которые позволяли перемещаться по специально созданной для этого трассе. Паук был привязан молекулой-замком за хвост в самом начале своего пути; затем, после связывания молекулы-замка с молекулой-ключом, его отпускали на свободу, и он убегал исследовать мир! Передвижение ДНК-паука было заснято в реальном времени при помощи микроскопии полного внутреннего отражения — его средняя скорость составила 3 нм/мин. Видимо, он не убегал, а скорее с наслаждением прогуливался по своей дорожке.

Большие надежды возлагаются на ДНК-оригами и другие ДНК-нанотехнологии в связи с вопросом адресной доставки лекарственных средств нуждающимся клеткам. К сожалению, это направление не проработано так хорошо, как другие, и всё ещё находится на стадии интенсивных исследований. Остается верить, что открытия, связанные с ДНК-роботами, служащими на благо здравоохранения и человечества в целом, ещё впереди!

Двумерное ДНК-оригами: от простого к сложному

Как же ученые складывают ДНК-оригами? Разберемся в деталях данного метода. Для начала нам потребуется длинная одноцепочечная молекула ДНК, которая будет играть роль каркаса и основы нашего будущего объекта. В первых экспериментах использовалась ДНК фага M13 длиной 7249 нуклеотидов, однако сейчас с усовершенствованием ряда технологий стали использовать другие последовательности ДНК. Затем нам понадобятся заранее синтезированные короткие комплементарные цепочки ДНК (также называемые «скрепляющими цепочками» или «ДНК-скрепками», обычно 30-40 нуклеотидов в длину), последовательность которых необходимо подобрать при помощи компьютерного моделирования и анализа структур. Теперь смешаем растворы с длинной молекулой и короткими «скрепками» и нагреем смесь до температуры 95 °C, чтобы случайные и ненужные молекулярные связи распались. В процессе остывания до комнатной температуры (эта процедура называется отжигом) молекулы ДНК сами соберутся вместе, образуя нужную нам структуру. Проще простого — они всё делают за нас сами!

Рисунок 3.
А, Б
иллюстрируют схему связей между каркасной ДНК (серая кривая) и скрепляющими олигонуклеотидами (кривые разных цветов) . В)
Пошаговая схема по изготовлению ДНК-оригами .

В результате эксперимента получается раствор, содержащий желаемые ДНК-конструкции. В одной-единственной капле раствора скрываются миллиарды крошечных объектов, которые, в отличие от бумажных фигурок оригами, нельзя потрогать, повертеть в руках и рассмотреть. Для оценки результата нам потребуется прибор со сверхвысоким разрешением — атомно-силовой микроскоп (АСМ) или электронный микроскоп. Ведь рассмотреть фигурки размером 50-100 нм так непросто!

Для создания плоских структур ДНК-оригами смежные двухцепочечные молекулы должны быть соединены друг с другом кроссовером — особым типом переплетения нитей ДНК. Такое переплетение «склеивает» соседние цепочки посредством уотсон-криковского комплементарного спаривания и не дает всей структуре рассыпаться. Учитывая большое количество скрепляющих цепочек, требуются алгоритмы для расчета вероятности их точной посадки на основную цепь. Если ДНК-скрепка сядет не в том месте, то это может повлечь за собой как дефект структуры, так и полную путаницу в посадке всех остальных скрепок. В худшем случае это может привести к тому, что структура не соберется вовсе. Все-таки самосборка молекул в идеально плоскую структуру — это не такая уж и легкая задача.

Рисунок 4. Точность собранного рисунка может быть довольно высока и находиться буквально на грани разрешения современных приборов.
Можно добиться того, чтобы на ровном плоском «ДНК-полотне» в заранее предусмотренных местах будут выбиваться ДНК-шпильки. Это выглядит так, как если бы на кусочке ткани сделали рисунок узелками. Именно так была собрана карта западного полушария Земли, которую можно было увидеть исключительно при помощи АСМ (а, б).

Двумерные структуры на основе ДНК-оригами позволяют достичь не только большого многообразия форм — с помощью этой техники можно добиться невиданной до этого точности в размещении требуемых функциональных групп и молекул. Связанные с ДНК-скрепками молекулы могут быть размещены с точностью до нескольких нанометров и даже ангстрем (при условии правильной сборки)!

Если требуется собрать структуру побольше, нужно всего лишь соединить несколько длинных цепочек в одну составную конструкцию, как в конструкторе или крупных оригами-фигурах. На практике это можно осуществить так же, как было описано для одной единственной каркасной молекулы ДНК — нужно смешать все ингредиенты будущего объекта в одной пробирке, нагреть и ждать чуда, или собрать каждую деталь по отдельности, после чего объединить уже готовые элементы для окончательной сборки при менее интенсивном нагреве. В первом подходе нам приходится работать с достаточно большим количеством компонентов, ввиду чего увеличивается вероятность неправильной сборки молекул. При сборке деталей по отдельности необходимо провести несколько независимых экспериментов и совершить дополнительный шаг — повторный отжиг малых структур при нагреве до температуры 50 °C. При такой температуре детали еще не разваливаются на части, но уже более охотно связываются с друг с другом .

Трехмерное ДНК-оригами

При определенных модификациях подход, который применяется для конструирования плоских структур, может быть обобщен до более сложного объемного случая. При конструировании 3D-структур можно, как и раньше, использовать кроссоверы, учитывая дополнительное третье измерение, и собирать все за один эксперимент, либо нужно начинать с собранных по отдельности плоских ДНК-объектов и лишь потом объединять их в конечную конструкцию. Выбор правильной последовательности действий в случае трехмерного ДНК-оригами чрезвычайно важен из-за значительно большего числа используемых молекул. Для особо сложных конструкций (особенно, при выборе первой стратегии сборки за один эксперимент) самосборка объекта может занимать несколько дней.

Несмотря на все сложности, которые могут возникнуть, объемные конструкции так привлекательны для исследователей! Ведь объемные объекты, ввиду многообразия возможных форм, могут быть использованы в широком круге самых разных прикладных задач.

Так, используя несколько одинаковых квадратов, ученым удалось собрать полый куб  (правда, немного деформированный). Для устранения недостатков конструкции исследователи приделали к этому кубу крышку, которая запиралась на замок нанометровых размеров. Открытием крышки можно было управлять при помощи изменения конформации замка за счет спаривания с небольшими «ДНК-ключами» (рис. 5). Убедиться в том, что куб надежно закрывается на замок и открывается лишь определенным ключом, помог эффект FRET . При этом данная конструкция стала одним из первых в своем роде контейнером для адресной доставки лекарств. Пока только в перспективе, конечно же.

Рисунок 5. ДНК-«коробочка» с открывающейся крышкой и молекулярным «замком». Получена в Датском центре ДНК-нанотехнологий в 2009 году. Предполагается, что в будущем такая конструкция будет использоваться для адресной доставки лекарств к определенным клеткам, где она будет открыта при помощи молекулярного «ключа».

Следующим этапом конструирования 3D объектов стала сборка строительных блоков, которые в дальнейшем скреплялись между собой, как детали конструктора (подробнее об этом можно прочесть в ).

Вместо заключения

К настоящему моменту учеными из разных стран собран большой объем экспериментальных данных и описано большое число механизмов на основе ДНК-технологий, которые ещё только предстоит полностью осмыслить и оценить. Уже сейчас подробно описать каждую из полученных структур и её преимущества над другими не представляется возможным. Ведь если только 10 лет назад исследованиями такого рода занималось всего несколько лабораторий во всем мире, сейчас их количество исчисляется несколькими десятками. Относительно будущего данной области науки сказать определенно можно только одно — дальше будет еще интереснее! Чтобы убедить вас в этом, приведем заголовок статьи, которая вышла в апреле 2014 года — Universal computing by DNA origami robots in a living animal, в которой описано использование ДНК-нанороботов в живых тараканах . Уверяем вас, удивительное будущее не за горами!

Игра «найди промотор»

Помимо развития фундаментальной науки — включая структурную биологию и молекулярную генетику — интерес к структурным и физическим основам ДНК-белковых взаимодействий растет и из насущной практической задачи. Речь об автоматизированной аннотации геномов: применении методов биоинформатики для предсказания положения участков ДНК различного типа. Данные на входе такого анализа сейчас как из рога изобилия сыплются из секвенаторов нового поколения (NGS) , и их нередко замедляют затруднения «сухой» части аннотирующего конвейера. Безусловно, неоценимую помощь ученым оказывают машинное обучение и анализ данных . Однако проблема не только в их несовершенстве. Дело в том, что прямой учет последовательности («текста» и «букв») четко позволяет узнать кодирующие последовательности, организованные в виде триплетов. А вот с регуляторными участками все сложнее — структура и физико-химия ДНК определяются последовательностью в широком контексте, подчас неявно и противоречиво. Рассчитав профили разных свойств ДНК, настроив надлежащий размер скользящего окна и других параметров расчета вроде условий в клетке, мы можем лучше предсказывать «размытые» и плохо предсказываемые сайты для ДНК-связывающих белков. Из таких задач самые насущные — предсказание промоторов (давняя, но едва ли решенная проблема биоинформатики) и факторов транскрипции , , , .