DNS-konstrukciók

DNS-konstrukciók

Firuza Mamedova, Ksenia Fedosova
"Quantic" №1, 2016

Ábra. 1

Biztosan hallott már a nanotechnológiáról. Tudod mit jelent "Nano"? előtag "Nano" νανος ősi görög szavából, amely "törpe" -ként fordul elő. Azt jelzi, hogy az objektum mérete százezer milliméter százaléka. Nem minden mikroszkópban látod. Sokkal nehezebb az ilyen apró tárgyakból hasznos dolgokat létrehozni. És mi van, ha ezeket az objektumokat összeállítod? Kiderült, hogy ehhez van egy megfelelő nanoanyag, amely már régóta ismert a biológiából.

A testünk minden sejtében van egy adott molekula – DNS. Teljes neve dezoxiribonukleinsav. Minden információt tartalmaz a szervezetünkről. A DNS titkosítva van például, hogy a szemünk szürke vagy kék, a magasság magas vagy alacsony, a haj pedig göndör vagy egyenes. Mindenkinek megvan a saját egyedi DNS-molekula, amellyel megkülönböztethető más emberektől. Továbbá minden élő szervezetnek saját DNS-molekulája van, például egy pingvin vagy egy burgonya.

A DNS megjelenése hasonló a csavart hélixhez (1. ábra), amely két szálból áll.Ezek a szálak olyan információkat tartalmaznak, amelyek speciális blokkok sorozatát tartalmazzák – nukleotidok. A DNS-molekulában ezeknek a blokkoknak csak 4 típusa van: adenin, timin, citozin és guanin. Ezek betűkkel vannak jelölve. A, T, C és D. A DNS-szálak egymáshoz kapcsolódnak, mivel a nukleotidok vonzódnak rájuk. Ezen túlmenően a tömbök egymáshoz ragasztva vannak bizonyos szabályok szerint: az adenin csak a timinra képes kötődni, és a citozin csak guaninhoz kötődik. Azt mondják, hogy adenin kiegészítő timin és citozin – guanin. Így ha tudjuk, hogy egy szál kapcsolódik a másodikhoz, akkor magabiztosan mondhatjuk, hogy a timinnal ellentétben az adenin, a guaninnal ellentétes citozin és így tovább. Vagyis a DNS-molekula egyik láncával határozottan visszaállíthatjuk a második molekulát!

feladat

Becsüljük meg a nukleotidok minimális számát egy emberi DNS-szálon, tudván, hogy mindenkinek egyedi DNS-e van, és hogy 7 milliárd ember él a Földön.

döntés

A második DNS-szálat az első szál egyedileg határozza meg, ezért elegendő egy szál minimális hosszának becslésére. Minden helyen lehet a négy nukleotid egyike – A, T, D vagy C. Ha a hossz 16, akkor a lehetséges szálak száma 416 = 4294967296, ami kevesebb, mint hét milliárd. Ez azt jelenti, hogy a hossza legalább 17. Valójában a személy DNS hosszúsága általában több milliárd nukleotid.

csap

Ha két egymást kiegészítő nukleotid szekvencia "ül" egy DNS-szálon, akkor önmagával hajolhat és összeragadhat, "hajtű" -et képezve (2.

Ábra. 2

Ez azt jelenti, hogy a komplementaritás használható ragasztóként, ami összeköti a szálakat valami érdekessé. Ön is létrehozhat önszerző háromdimenziós struktúrákat a DNS-ből. Az egyik példát elemezzük most.

Hedgehog grill

Vegyen fel 7 DNS-szálat (3.

Ábra. 3

Vessünk egy pillantást az első szálra. Felhívjuk a figyelmet arra, hogy ha az utolsó két nukleotidot a szál elejére mozgatjuk, akkor egy három azonos blokkból álló szekvenciát kapunk (4.

Ábra. 4

Az ilyen blokkhoz tartozó kiegészítő szekvencia a második típusú szálakban van (piros színnel jelölt). Tehát, ha az első szál gyűrűvel van lezárva, akkor a második típus három szála ragaszkodhat hozzá (5.

Ábra. 5

A fennmaradó szabad "farok" (bár nem teljesen) a harmadik fonalakhoz illeszkedik, mivel a kék tömbök sárgára és a zöldre lilára (6.

Ábra. 6

Érdekes megérteni, hogy a ragasztott szálak hogyan fognak irányulni az űrben. Kiderül, hogy mind a hat farka egy képzeletbeli kocka hat arcára merőleges, és sündisznót kapunk (7.

Ábra. 7

Megjegyezzük egy másik érdekes tulajdonságot: mindegyik "farok" két szabad nukleotidot tartalmaz GA vagy Bevásárlóközponthogy ezek a "sündisznók" ragaszkodnak egymáshoz! Vagyis hat ilyen "sündisznó" csatlakozhat minden ilyen "sün", amely a csomópontok a kristályrács. Tehát, ha a megoldásba felszabadítjuk az e három típus nagyszámú szálát 1: 3: 3 arányban, akkor egy idő után egy öngyűjtött kristályt kapunk a DNS-ből!

Robot Traveler

A DNS-struktúrák nemcsak összeállíthatók, hanem mozoghatnak is! Igaz, ehhez egy kis segítő labor szükséges. Az első ilyen nanorobotok egyike egy kicsit kevesebb, mint tíz évvel ezelőtt jött létre, és egy DNS-lánc volt, amely egy előzőleg előkészített felületen oldatban szállított. Ez a nanobot nem mozdult teljesen függetlenül: minden lépésnél a technikusoknak kicsit változtatniuk kellett a megoldás összetételét. És hogyan – mondjuk most.

A robotmolekula mozgásának a lényege nagyon egyszerű ötlet. Képzeld el, hogy van egy 10 nukleotidból álló sor, például, ATGTSATGTSTT.

Ehhez hozzáadunk egy második, öt nukleotidból álló szálat, amely kiegészíti az első darabot: ATSGTA.

A második szál az elsőhöz kapcsolódik. Most elindítjuk a 10 nukleotid harmadik szálát, amely teljesen kiegészíti az első szálat. Mi történik ebben az esetben? A harmadik szál az első lánccal jobb, mint a második, így egy idő után ki fogja kényszeríteni a másodikat, és az elsőhöz ragaszkodik (8.

Ábra. 8

Ez az elv ("valószínűleg a legmegfelelőbb szálat fogják összekapcsolni"), hogy a nanobot működik. A nanobot magában foglalja a nukleotidok láncainak két ragasztott szekvenciáját:

Ábra. 9

A hordozón halad, ahol a nukleotidok szálai ugyanazon a távolságon vannak rögzítve (10. Mindegyik rögzített szál három blokkból áll, a második és a harmadik blokk tükrözik egymást, az első blokk pedig kiegészíti a robot blokkjainak egyikét (ugyanazon blokkok nem különböznek a keltetésnél és ugyanolyan színben, és a kiegészítő blokkok a keltetés és az egyik szín tekintetében különböznek): mindegyik szál hajlított egy "hajtű".

Ábra. 10

Kezdetben a robot az 1. és 2. szálak között van ragasztva (11. ábra, és).Annak érdekében, hogy az első lépést megtegyük, engedjük fel a megoldásba olyan molekulát, amely teljesen kiegészíti az első szálat. A nanobot egy része a 11. ábrán látható módon eltolódik.

Ábra. 11

Ráadásul ez a hirtelen levágott rész egyenesíti a harmadik "hajtű" -et, és megfelelőbbé teszi annak részét (12. ábra).

Ábra. 12

Most engedjük el egy olyan molekulát, amely teljesen kiegészíti a második szálat. Ennek eredményeképpen a nanobotunk egy része lecsúszik a második szálról, és a negyedikre ragad. Az eljárás megismétlésével kényszerítheti a nanobotot az aljzaton való utazásra!

A nanobot könnyedén utazott, de vannak olyan fejlesztések, amelyek lehetővé teszik a "terhelés" elvonását, például arany molekulákat.

Tehát nemcsak kristályokat és rózsarobotokat gyűjthetsz össze, hanem olyan dobozokat is, amelyek csak akkor nyithatók meg, amikor kulcsot találnak – egy speciális DNS-fragmens. A dobozban előzetesen tárolt molekula nem képes semmire sem lépni, amíg a doboz kinyílik. Ilyen dobozokban a "parcella" idő előtti felszabadítása nélkül gyógyszereket szállíthat az emberi test célsejtjeibe és szöveteibe.

Művész Artyom Kostyukevich


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: