DNA origami se zrychluje: Nové poznatky usnadní výrobu nanostruktur pro medicínu a materiály

Vědci z Texaské univerzity v Austinu objevili klíčové principy, které řídí skládání struktur zvaných DNA origami. Tato technika využívá DNA vlákna k samočinnému sestavování do programovatelných tvarů v nanometrovém měřítku.

Vědci z Texaské univerzity v Austinu objevili klíčové principy, které řídí skládání struktur zvaných DNA origami. Tato technika využívá DNA vlákna k samočinnému sestavování do programovatelných tvarů v nanometrovém měřítku. Ačkoliv metoda slibuje široké uplatnění od doručování léků až po pokročilé materiály, vědci se dosud potýkali s obtížemi při dosahování konzistentně vysokých výtěžků, zejména u složitějších struktur.

Tyto nové poznatky by mohly výrazně zefektivnit a zrychlit výrobu nanomateriálů. Výzkumný tým pod vedením Alexe Marrse systematicky analyzoval, jak volba designu ovlivňuje proces skládání. Pomocí kombinace měření fluorescence v reálném čase, elektronové mikroskopie a teoretického modelování identifikovali energetické síly, které určují, zda se struktura sestaví správně. Zjistili, že skládání závisí na jemné rovnováze mezi příznivými vazebnými interakcemi DNA a nepříznivými energetickými náklady spojenými s tvorbou smyček ve struktuře.

Klíčovou roli hraje také „kooperativita“, tedy vzájemné ovlivňování různých částí struktury během sestavování. Vědci ukázali, že snížení počtu inter-helikálních spojení v designu DNA nanostruktury zvyšuje kooperativní chování a zlepšuje výtěžnost skládání. Naopak pouhé posílení vazby mezi vlákny je méně účinné, protože zavádí entropické sankce, které brání sestavení.

Tým také demonstroval praktické zlepšení procesu. Použitím kratšího, cílenějšího procesu zahřívání a ochlazování, trvajícího pouhou jednu až dvě hodiny namísto tradičního vícedenního postupu, dokázali zvýšit výtěžnost sestavení až o 17 %. Jako důkaz vytvořili nejmenší logo Longhorn, strukturu z DNA o velikosti přibližně 100 nanometrů a tloušťce pouhých 2 nanometry, a to v méně než dvou hodinách.

Tyto objevy poskytují jasnější rámec pro navrhování DNA nanostruktur s vyšší účinností a spolehlivostí. Vzhledem k tomu, že se DNA origami neustále rozšiřuje do oblastí, jako je medicína, elektronika a materiálová věda, schopnost předvídat a řídit skládání by mohla výrazně urychlit jejich praktické aplikace v reálném světě.