ДНК і нанотехнології. Про що буде йти мова??? Взаємодія наномолекул і ДНК Впорядкування наночастинок золота за допомогою ДНК Біологічні Цеглинки для наноконструктора. - презентация

1 ДНК і нанотехнології

2 Про що буде йти мова??? Взаємодія наномолекул і ДНК Впорядкування наночастинок золота за допомогою ДНК Біологічні Цеглинки для наноконструктора Стратегії наноконструювання Наноконструкції в дії Сучасні досягнення 1. ДНК-машина 2. ДНК-компютер 3. Молекулярна динамо-машина 4. Визначення поодиноких молекул ДНК 5. Детекція кокаїну з допомогою ДНК 6. Визначення поодиноких молекул ДНК

3 Взаємодія наномолекул і ДНК (a) Схематичне зображення інгібування і реактивації із глутатіоном в якості посередника при транскрипції ДНК. (b) Обєм виходу РНК, відносно обєму, отриманого в присутності MMPC при різних концентраціях глутатіону

4 (a) Схематичне зображення вивільнення ДНК із MMPC (3) – ДНК комплексу при дії ультрафіолетового випромінювання всередині клітини. (b) Схематичне зображення трансформації під дією світлового випромінювання катіонного MMPC (3) в аніонний MMPC (4). (a) Схематичне зображення вивільнення ДНК із MMPC (3) – ДНК комплексу при дії ультрафіолетового випромінювання всередині клітини. (b) Схематичне зображення трансформації під дією світлового випромінювання катіонного MMPC (3) в аніонний MMPC (4).

5 (a) MPC (5) з розгалуженим поліетиленаміном PEI2. (b) Введення PEI2 в наночастинки збільшує ефективність трансфекції. Значення, даних у дужках, показує відношення азоту PEI до фосфату ДНК. β-Gal – β– галактозидаза. (b) Введення PEI2 в наночастинки збільшує ефективність трансфекції. Значення, даних у дужках, показує відношення азоту PEI до фосфату ДНК. β-Gal – β– галактозидаза.

6 Наночастинки золота мічені етидієм для вбудовування в ДНК.

7 Впорядкування наночастинок золота за допомогою ДНК (a) Дві наносистеми А і В, що формують нано- сітку ДНК А - голуба, B - оранжева. Номер позначає комплементарні ділянки ланцюгів. 1 "липне" до 1´ і т.д. Червоні ланцюги на ділянках ДНК – це A15. (b) Сітка ДНК, ділянки A15 розташовані на кожній точці перетину ланцюгів А і В. (b) Сітка ДНК, ділянки A15 розташовані на кожній точці перетину ланцюгів А і В. (c) Наночастинки золота на ДНК-сітці. Зігзаги позначають якірні ланцюги Т15. (c) Наночастинки золота на ДНК-сітці. Зігзаги позначають якірні ланцюги Т15.

8 Біологічні Цеглинки для наноконструктора Це амінокислоти, ліпіди, нуклеотиди. Такі біологічні цеглинки мають ряд переваг: Хімічна різноманітність Хімічна різноманітність Можуть спонтанно утворювати складні просторові структури Можуть спонтанно утворювати складні просторові структури Регульований збір таких блоків, відкриває можливості створення самих різних наноконструкцій Регульований збір таких блоків, відкриває можливості створення самих різних наноконструкцій Є дві основні стратегії наноконструювання Конструювання крок за кроком Конструювання крок за кроком Конструювання за типом усе зразу Конструювання за типом усе зразу

9 Липкі кінці дозволяють склеїти два фрагменти ДНК. "Склеювання відбувається за рахунок водневих звязків між комплементарними парами азотистих основ. Місця разриву цукрово-фосфатного ланцюга зшиваються ферментом лігазою, і утворюється повноцінна дволанцюгова молекула ДНК (А). Такимож чином із фрагментів з липкими кінцями формуються хрестоподібні структури (Б).

10 Американському хіміку Неду Зіману вдалось зробити куб з ДНК шляхом послідовного зшивання фрагментів. Спрощена схема цього кубу показана на рисунку А. Та побудувати трьохмірну наноструктуру, що містить у свому складі молекули "гостей" (Б), методом покрокового синтезу поки не вдалось. (Рисунки публiкуються з дозволу Н. Зімана.) (Рисунки публiкуються з дозволу Н. Зімана.)

11 Рідкий кристал у найпростішому випадку можна представити як структуру, що складається з площин які чергуються, в кoжній з яких сусідні молекули попри свою впорядкованість зберігають деякі дифузні степені свободи (А). У холестерика орієнтація молекул в послідовних шарах змінюється по спіралі. Величина P/2 - половина кроку спіральної структури холестерика (Б). У молекулах полімерів, включно з ДНК, кристал-холестерик можна зобразити у вигляді накладених решіток із гнучких стержнів (В). У молекулах полімерів, включно з ДНК, кристал-холестерик можна зобразити у вигляді накладених решіток із гнучких стержнів (В). Холестеричну структуру легко ідентифікувати по оптичних властивостях. Якщо дивитись на тонкий шар холестеричного кристалу в поляризаційний мікроскоп, зображення буде різним в залежності від того, яким чином орієнтована вісь холестерика. Холестеричну структуру легко ідентифікувати по оптичних властивостях. Якщо дивитись на тонкий шар холестеричного кристалу в поляризаційний мікроскоп, зображення буде різним в залежності від того, яким чином орієнтована вісь холестерика. Якщо паралельно покривним скельцям(а), то між перехрещеними поляроїдами спостерігається текстура – періодичне чергування темних і світлих смуг(а'), то між перехрещеними поляроїдами спостерігається текстура – періодичне чергування темних і світлих смуг(а'), А якщо перпендикулярно (б), то ніякої картини нема – спостерігається повна темнота (б'). то ніякої картини нема – спостерігається повна темнота (б').

12

13

14 Наноконструкції в дії Де можна застосувати наноконструкції отримані шляхом самозбирання? Виділимо три найбільш преспективні напрямки: 1. Доставка ліків 2. Біосенсори 3. Оптичні фільтри

15 ДНК-машина У новому методі детекції вірусів використано "уміння" ДНК працювати в якості генетичної бази даних з інформацією про віруси і її «здатність» до каталізу. У новому методі детекції вірусів використано "уміння" ДНК працювати в якості генетичної бази даних з інформацією про віруси і її «здатність» до каталізу. (іллюстрація Getty).

16 ДНК-компютер обіграв людину у хрестики-нулики MAYA-II в руках дослідника. MAYA-II в руках дослідника. Дисплей на задньому плані показує результат одної із ігор в хрестики-нулики. ДНК- компютер (замість нуликів він грав червоними точками), как бачимо, виграв у людини (сині точки, інакше хрестики) Дисплей на задньому плані показує результат одної із ігор в хрестики-нулики. ДНК- компютер (замість нуликів він грав червоними точками), как бачимо, виграв у людини (сині точки, інакше хрестики) (фото Columbia University Medical Center). (фото Columbia University Medical Center).

17 Сконструйований ДНК-компютер ДНК-компютер здатний виконувати 330 трилiонiв вичислювальних операцiй в секунду.

18 Молекулярна динамо-машина Компютерне зображення наноактуатора на молекулi ДНК Компютерне зображення наноактуатора на молекулi ДНК (iлюстрацiя iз сайту port.ac.uk). (iлюстрацiя iз сайту port.ac.uk).

19 Молукулярний двигун для визначення поодиноких молекул ДНК Схима будови такого пристрою

20 Етапи конструювання I до молекул F1-АТФази, нанесених на мембрану, приеднуються молекули ДНК завдяки взамодi авiдину и бiотина II золотi наночастинки звязуются з другим кiнцем ДНК III при додаваннi iонiв магнiю i АТФ, F1-АТФаза починає обертати частинку золота

21

22

23

24 Детекція кокаїну за допомогою ДНК

25 Зміна забарвлення наночастинок в залежності від концентрації кокаїну (концентрація аптамеру 10мкМ)

26 Контролi. Контролi. А) За вiдсутностi аптамеру колiр наночастинок не змiнюється при додаваннi кока ї ну в рiзних концентрацiях. А) За вiдсутностi аптамеру колiр наночастинок не змiнюється при додаваннi кока ї ну в рiзних концентрацiях. В) Аналоги кока ї ну не змiнюють колiр системи. EME - екгонiну метиловий ефiр, EME - екгонiну метиловий ефiр, BE - бензо ї лекгонiн. BE - бензо ї лекгонiн.

27 Використання дволанцюгових ДНК-аптамерiв до аденозину (А) чи до К+ (В) дозволяє визначати присутнiсть аденозину (С) та iонов калiю (D).

28 I на завершення…

29

30 Дякую за увагу :)