Окончание. Начало см. тут:
В дополнение к имеющимся в природе функциям ДНК ученые и инженеры создали ряд новых. Некоторые используют “естественные” для #ДНК функции, другие основаны на совершенно новых, не реализованных в природе.
Кратко рассмотрим спектр приложений ДНК в нанотехнологиях и биоинженерии.
Центральной ролью ДНК является кодирующая.
При этом помимо "природных" механизмов кодирования и считывания, на которых в широком смысле основана большая часть биотехнологий (получение "перестроенных", рекомбинантных молекул и т.д.) #ученые и инженеры нашли новые способы ее реализации. Пример — так называемая ДНК-криптография. Суть метода заключается в том, что в последовательности ДНК искусственно зашифровывают не структуру РНК и/или белка, а обычный текст. При этом определенному сочетанию нуклеотидов ставится в соответствии буква алфавита, цифра или специальный знак. На данный момент запатентованы несколько подобных шифров.
Также перспективной является технология ДНК-"флешки". Получены прототипы, представляющие собой синтезированную вне #клетки полностью искусственную ДНК. Такая последовательность содержит в себе цифровую информацию, которая может быть считана и воспроизведена (для примера в таких опытах использовали видеофайл). Преимущества ДНК как накопителя цифровых данных несомненны. Эта молекула химически и физически устойчива, долговечна и представляет собой выгодную альтернативу CD и флеш-памяти в силу дешевизны, надежности и многократно меньшего занимаемого объема.
Следующим примером применения ДНК в области информатики и компьютерных наук является #нанокомпьютер на ее основе. В сила упомянутых свойств данная молекула перспективна в качестве структурной основы наноразмерных вычислительных устройств.
Помимо роли ДНК в качестве хранилища информации, нано- и биотехнологии могут использовать ее структурные и биохимические возможности. В основе таких приложений — совершенно другие принципы работы этой #биомолекулы . Они также могут быть основаны как на природных функциях ДНК, так и качественно новые, искусственные.
Примером этого могут быть аптамеры — небольшие фрагменты ДНК, отобранные таким образом, чтобы специфически связывать некоторые целевые молекулы. Подобное взаимодействие лежит в основе иммунитета — его используют специализированные белки (антитела). #Аптамеры применяют для экспериментальных методов лечения ряда заболеваний, причем показаны их важные преимущества перед антителами.
В природе ДНК лишена каталитической функции, т. е. возможности ускорять химические реакции. Данную функцию выполняют белки, а также РНК. Однако удалось искусственно получить молекулы ДНК со свойственной катализатора — ДНКзимы.
Перспективным является и использование молекулярных сенсоров на основе ДНК. Такие молекулы, в том числе так называемые молекулярный маяки, способны специфически связывать определенные молекулы-мишени и сигнализировать об этом, к примеру, флуоресценцией.
Своеобразное приложение ДНК связано с короткими тандемными повторами — ее повторяющимися участками. Они имеют особые свойства (хрупкость, нестабильность) и могут использоваться для получения белков с особыми свойствами (включая механическую прочность).
Наконец, структура ДНК также может быть основой для ее нанотехнологических приложений.
Данная область ее применений была затруднена в силу сравнительно бедного репертуара известных форм ДНК и ее одномерностью, т.е. неспособностью ветвиться. Решением стало получение особых четырехцепочечных форм на основе существующей непродолжительное время структуры Холлидея. Полученные трехмерные строительные блоки, способные принимать сложную форму за счет специфичной самосборки получили название #ДНК-оригами и стали одной из самых востребованных ДНК-нанотехнологий. ДНК-оригами имеет множество применений, в том числе в биомедицине и материаловедении.
Таким образом, ДНК является исключительно важной молекулой — носителем генетической информации. Ее функциональные возможности были значительно расширены благодаря исследованиям в области молекулярной биологии и нанотехнологий: нет сомнений, что в будущем круг возможностей ДНК-нанотехнологий будет пополнятся.
Рекомендуемая литература
- Орлов М. А. Текст и подтекст: физические свойства ДНК // Потенциал. Химия. Биология. Медицина. — 2020. — Т. 76, № 2. — С. 13–23.
- Орлов М. А. Паразитизм в.особо мелком размере: микоплазма и ее 40 промоторов // Природа. — 2020. — Т. 2020, № 2. — С. 1.
- Орлов М. А. Короткие тандемные повторы // Природа. — 2019. — № 12. — С. 25–31.
- Орлов М.А. Из чего собрана наша ДНК // Кот Шредингера. 3(44)— 2020-2021. — С. 1–7.
- Орлов М.А. Молекула на все руки. Нанотехнологии на основе ДНК // Кот Шредингера. 3(44)— 2020-2021. — С. 8–9.
- М. Орлов “Второй язык ДНК” (Биомолекула) https://biomolecula.ru/articles/vtoroi-iazyk-dnk