Et team af forskere fra Tyskland og Kina delte resultaterne af et fantastisk eksperiment. Forskere har oprettet en DNA-nanobot, der kun består af et molekyle, og lanceret den i en to-dimensionel labyrint, designet efter origamiprincippet. Den såkaldte DNA-navigator lykkedes at finde en vej ud.
Husk, at DNA-origamiteknologi giver dig mulighed for at oprette forskellige strukturer fra DNA-strenge. Dette er muligt på grund af det faktum, at lange DNA-molekyler er sammensat af nukleotider, der danner par: adenin med thymin, cytosin med guanin. Ved at specificere sekvensen af nukleotider i kæden kan du opnå, at den vil foldes og fastgøres på de rigtige steder og i den rigtige vinkel. På denne måde kan du oprette et uendeligt antal strukturer.
I dette tilfælde brugte et team ledet af Friedrich Simmel fra det tekniske universitet i München og Chunhai Fan fra det kinesiske videnskabsakademi DNA origamiteknologi til at skabe en labyrint, der ligner en matematisk trægrafik. I dette tilfælde har "passager" i labyrinten såkaldte DNA-hæfteklammer, som et andet molekyle kan fastgøres til. Samtidig tjener områder uden sådanne "spor" som "vægge".
Det specificeres, at den resulterende labyrint er strukturelt ækvivalent med et ti-vertex rodfæstet træ (diagrammet er vist nedenfor). Det indeholder en indgang og en udgang.
En labyrint er strukturelt ækvivalent med et 10-vertex rodfæstet træ. Højde A markerer indgangen. Mulige ruter er markeret med rødt, men kun en (til højre) er korrekt. Illustration af Nature Materials.
Forfatterne af værket forklarer, at den lille enhed, de oprettede, kaldes en DNA-rullator. Det bevæger sig gennem kædereaktioner af DNA-hybridisering (kombinationen af egnede enkeltstrengede nukleinsyrer til et molekyle).
Ifølge ham giver en sådan mekanisme muligheden for at vende labyrintpassagerne ind. Som et resultat, hvis flere DNA-nanobots lanceres i en sådan struktur, vil hver af dem uafhængigt kunne udforske en af de mulige ruter, som vil give en parallel dybde-første søgning (dette er en af metoderne til at krydse grafen).
Salgsfremmende video:
For at hjælpe DNA-nanoboten med at vælge den eneste rigtige sti fra mange muligheder modificerede forskerne kemisk toppen af trægrafen, der repræsenterer udgangen.
For at hjælpe DNA-nanoboten med at vælge den rigtige vej fra en række muligheder har forskere kemisk ændret udgangen fra labyrinten. Illustration af Nature Materials.
Under eksperimenterne observerede specialisterne bevægelserne af DNA-navigatorerne ved hjælp af et scannende atomkraftmikroskop og et meget højopløsningsmikroskop. Den første metode gør det muligt at spore brolagte ruter og områder, som DNA-vandreren endnu ikke har besøgt. Den anden metode tilvejebringer fluorescerende visualisering af ruten med nanoskalaopløsning.
Forskerne er sikre på, at denne form for udvikling vil hjælpe med at udvide mulighederne inden for nanoteknologi, biomolekylær selvsamling og kunstig intelligens. Sådanne DNA-navigatører kan bruges til at lagre og transmittere information såvel som inden for medicin til diagnose og behandling af forskellige sygdomme, herunder onkologi.
Dette arbejde beskrives mere detaljeret i en artikel offentliggjort i tidsskriftet Nature Materials.
Yulia Vorobyova