Технологии синтеза ДНК известны несколько десятилетий. Они позволяют получать короткие молекулы с нужной последовательностью нуклеотидов, используя их в качестве инструментов генетики, биохимии и даже для создания «молекулярных машин». Для такого конструирования ДНК исключительно удобна: это линейный, устойчивый и универсальный полимер, свойства которого легко контролируемы, поскольку зависят от последовательности простых блоков-мономеров. Именно ДНК стала основой новой флуоресцентной системы.
Подобно двусторонней радиосвязи, которая может как принимать, так и передавать радиоволны, флуоресцентная наноантенна, разработанная Алексисом Валле-Белилем и его командой, принимает свет одного цвета и, в зависимости от движения белка, который она ощущает, затем передает обратно свет другого цвета, который мы можем обнаружить. Одно из основных нововведений этих наноантенн заключается в том, что приемная часть антенны (ярко-зеленая) также используется для обнаружения молекулярной поверхности исследуемого белка посредством молекулярного взаимодействия.
© Cailin Monney, Université de Montréal
Флуоресценция служит удобным инструментом для биомедицинских исследований и технологий. Однако флуоресцентные пигменты плохо связываются с белками. Чтобы решить эту проблему, ученые из канадского Монреальского университета обратились к небольшим синтетическим цепочкам ДНК. Такие молекулы длиной всего в несколько нанометров способны, с одной стороны, удерживать пигмент, а с другой — с высокой точностью связываются с тем или иным участком белка. Благодаря этому «наноантенны» позволяют отслеживать работу и соответствующие структурные изменения белка.
«Подобно тому, как двунаправленная радиосвязь позволяет получать и пересылать радиоволны, флуоресцентная наноантенна воспринимает свет одного цвета, на одной длине волны, и передает на другой, зависящей от состояния белка, с которым она связана», — поясняет Алексис Вали-Белисль (Alexis Vallée-Bélisle), ведущий автор новой работы. Например, одни «наноантенны» связываются с белком в исходной конформации, «сигнализируя» об этом своим цветом, а другие — с белком в активной форме, демонстрируя уже другой оттенок, легко различимый под микроскопом.
Также ученые разработали метод подбора оптимальной последовательности нуклеотидов для ДНК-«наноантенн», подходящих для разных белковых структур. Демонстрируя возможности новой системы, с ее помощью отследили работу одного из важнейших ферментов живых клеток — щелочной фосфатазы, — проследив за ее переходом между пятью конформационными состояниями. Ученым удалось зарегистрировать даже короткоживущую переходную форму, в которой белок связан с исходным субстратом катализируемой реакции. Кроме того, были продемонстрированы «наноантенны» для иммуноглобулин-связывающего белка G.
«Сильнее всего вдохновляет понимание того, что множество лабораторий мира, оборудованных обычным спектрофлуориметром, легко смогут воспользоваться такими “наноантеннами” для изучения нужных белков, для поиска новых лекарств и разработки новых нанотехнологий», — подводит итог Доминик Лозон (Dominic Lauzon), один из авторов работы.
Статья опубликована в журнале Nature Methods
Источник: naked-science.ru
