Техника ДНК-оригами - это широко используемый метод создания сложных, но четко определенных наноструктур, применяемый в биофизике, молекулярной биологии, а также для доставки лекарств и ферментов. Однако главная проблема заключалась в достижении долговременной стабильности в условиях, необходимых для этих применений.
До сих пор этот метод требовал высоких концентраций магния, намного превышающих те, которые содержатся в организме человека.
Обычная сборка ДНК-оригами требует уровня магния в 10-30 раз выше, чем в нормальных физиологических условиях. С помощью нашего метода мы можем опуститься ниже одной тысячной от минимальной концентрации магния, о которой сообщалось ранее», - говорит адъюнкт-профессор Вейкко Линко из Университета Аалто, который руководил исследованием вместе с доктором Адрианом Келлером из Падерборнского университета.
Ключом к мягкому методу замены буфера, разработанному исследователями, является эффективное удаление свободных ионов из буферного раствора, но не всего остаточного магния из наноструктур. Предыдущие исследования определили низкий уровень магния как один из наиболее важных параметров, снижающих стабильность ДНК-оригами в средах для культивирования клеток.
"Мы обнаружили - довольно неожиданно - что только трис и чистая вода хорошо работают с низким содержанием магния для всех типов структур", - объясняет Линко.
Трис является обычным компонентом буферных растворов, используемых, например, в приложениях биохимии. Полученные данные показывают, что буферы на основе фосфатов с достаточно высокой концентрацией натрия или калия также могут стабилизировать ДНК-оригами.
В исследовании изучалась стабильность квазиодномерных, двумерных и трехмерных объектов ДНК-оригами. Наноструктуры, полученные с помощью этого метода, показали прочную структурную целостность, сохраняющуюся даже в течение продолжительных периодов времени.
Мы можем хранить структуры в условиях с низким содержанием магния в течение недель и даже месяцев, не обнаруживая каких-либо структурных дефектов. Эти результаты могут проложить путь для множества биомедицинских применений, которые ранее считались невозможными, например, флуорофоры и многие ферменты чувствительны к уровню магния», - считает Линко.
Исследователи также заметили, что чем плотнее были упакованы спирали в их ДНК-объектах, тем более чувствительными они были к окружающей среде в условиях низкого содержания магния. Это говорит о том, что стабильность ДНК-оригами можно повысить за счет оптимизации процедуры проектирования.