Создан ничем не ограниченный ДНК-бар-код

Подобно тому как кассир в магазине сканирует выбранный покупателем товар, используя уникальный бар-код, который нанесён на упаковку, учёные применяют мощные микроскопы и особый вид бар-кодов, помогающий им идентифицировать различные части клетки или типы молекул в очагах болезней. К сожалению, современные научные бар-коды не могут похвастаться должным разнообразием, а их количество ограничено, что резко уменьшает число объектов, которые можно изучать в клетке в течение одного эксперимента.

Но теперь всё должно измениться. В Гарвардском университете (США) разработан новый тип бар-кодов, который позволяет существовать неограниченному набору стилей, что наконец-то обеспечит возможность получения безмерно большего количества чрезвычайно важной информации в единицу времени. Новинка основана на естественной способности молекул ДНК к самосборке. А сердцем метода стала популярная ныне технология ДНК-оригами. Подробности работы можно найти в журнале Nature Chemistry.

Новый тип бар-кода создан на основе технологии ДНК-оригами. Цветные флюоресцентные метки могут располагаться в виде геометрических фигур или параллельных линий по аналогии с печатным бар-кодом. (Илл. Harvard Medical School.)

В основе биомедицинской визуализации последних десятилетий лежит флюоресцентная микроскопия. Исследователи привязывают флюоресцирующие метки — бар-коды — к молекулам, способным связываться именно с той частью клеток, которую они хотели бы изучить. Световое облучение образца приводит флюоресценции бар-кода, характеризующейся определённой длиной волны (красная, синяя или зелёная). Свечение метки позволяет довольно точно определить местоположение изучаемой молекулы в биологической системе.

Но метод ограничен в первую очередь числом доступных цветов флюоресцирующих меток (бар-кодов): их три или четыре, а также феноменом размытия цветов. А потому идея использования ДНК для создания реальных бар-кодов стала настоящим спасением. В этом случае цветные точки-метки могут быть расположены в виде геометрических фигур или, следуя полной аналогии с печатными бар-кодами, флюоресцирующих линий. Понятно, что число комбинаций кодирующих элементов ничем не ограничено; это резко увеличивает количество отдельных молекул или клеток, одновременно отслеживаемых в образце.

Здесь показано 256 бар-кодовых комбинаций на основе всего лишь трёх цветовых меток, привязанных к ДНК-нанотрубкам, которые собраны по технологии оригами. (Илл. Nature.)

Вот как это работает. ДНК-оригами следует основным принципам формирования двойной спирали, где молекулярные основания А (аденозин) соединяются только с Т (тимином), а С (цитозин) — только с G (гуанином). Учитывая этот простой принцип, длинные нити ДНК программируются на самоорганизацию методом самофолдинга с помощью более коротких нитей. В результате происходит образование трёхмерных заранее запланированных форм, подобно тому как в искусстве оригами из листа бумаги складываются самые разные фигурки.

Затем учёные привязывают флюоресцирующие молекулы к заранее определённым местам связывания в полученных сложных ДНК-наноструктурах. Вполне очевидно, что оригами-технология позволяет легко генерировать большой пул бар-кодов, используя лишь несколько однотипных флюоресцентных молекул.

Спектр потенциальных применений новой технологии необычайно широк, начиная с изучения механизмов доставки лекарств и заканчивая исследованием действия медикаментов в очагах болезни.

Подготовлено по материалам Гарвардского университета.