Концептуальная схема технологии прогнозирования механохимических изменений в наноструктурах ДНК. Кредит: Инженерный колледж Сеульского национального университета
Исследовательская группа разработала технологию, которая может быстро прогнозировать механохимические изменения формы наноструктур ДНК-оригами. В состав группы входит исследовательская группа профессора До-Нюн Кима с кафедры машиностроения Инженерного колледжа Сеульского национального университета.
Результаты этого исследования были опубликованы 31 июля в журнале Nature Communications.
Технология ДНК-оригами, которая использует характеристики самосборки ДНК для проектирования и изготовления структур желаемой формы с наноразмерной точностью, имеет высокую применимость и активно исследуется в передовых областях биоконвергенции. В частности, внимание привлекают технологии, позволяющие использовать изменения окружающей среды внутри организма для изменения формы структур для выполнения необходимых функций.
Однако из-за отсутствия технологий моделирования и компьютерного моделирования, которые могут проектировать эти переменные механизмы с пониманием, внедрение переменной технологии опиралось на повторяющиеся эксперименты и пробы и ошибки. Растет потребность в изучении эффективных методов для быстрого анализа механизмов деформации структур на основе геометрических и механических свойств ДНК, которые изменяются в зависимости от условий окружающей среды.
Осознав эту проблему, исследовательская группа нашла способ быстро предсказать, как меняется форма структур ДНК-оригами в зависимости от концентрации молекул, связывающихся с ДНК. Команда сначала количественно проанализировала геометрические и механические изменения в ДНК, вызванные связыванием с типичной ДНК-связывающей молекулой, бромидом этидия (EtBr), посредством молекулярно-динамического моделирования.
Прогнозирование и эксперимент по феномену суперспирализации кольцевой структуры ДНК с различными концентрациями EtBr. Кредит: Инженерный колледж Сеульского национального университета
Затем они построили связь между концентрацией связывающих молекул и изменениями свойств ДНК, используя эту рассчитанную на молекулярном уровне информацию, и применили ее к анализу структуры ДНК. Благодаря этому процессу они наконец смогли быстро определить механохимическую деформацию структур ДНК-оригами в соответствии с изменениями концентрации EtBr.
Эту технологию можно легко расширить для прогнозирования изменений свойств ДНК из-за связывания с другими молекулами, связывающими ДНК. Ее также можно использовать для проектирования настраиваемых структур ДНК-оригами, которые могут менять форму в зависимости от концентрации связывающих молекул или типа связывающих молекул, тем самым внося значительный вклад в развитие связанных с ними нанотехнологий ДНК и различных прикладных исследований.
Между тем, это исследование, возглавляемое профессором Дон-Нюн Кимом с кафедры машиностроения Сеульского национального университета и проведенное научным профессором Ли Джэ-Ёном и научным сотрудником Ким Ян-Кюном.
Дополнительная информация: Джэ Ён Ли и др., Прогнозирование влияния связывающих молекул на форму и механические свойства структурированных сборок ДНК, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-50871-3
Информация о журнале: Nature Communications
Предоставлено Инженерным колледжем Сеульского национального университета
