Ученые из Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ, г. Дубна, Россия) разработали новый гибридный материал, который может существенно упростить процесс выделения внеклеточной ДНК из растворов. Для этого они объединили инновационную трековую мембрану и уникальный белок Dsup, защищающий тихоходок от воздействия радиации и активных форм кислорода. Способность нового гибридного материала извлекать внеклеточную ДНК из огромных объемов растворов с микроскопической концентрацией нуклеиновых кислот открывает новые возможности в биотехнологии, медицине, биомониторинге и многих других сферах, включая криминалистику.
Dsup (от английского damage suppressor — «блокатор повреждений») — уникальный белок, найденный в организме тихоходки Ramazzottius varieornatus, одного из самых стрессоустойчивых животных на Земле. Он защищает ДНК тихоходки от повреждений в ходе воздействия экстремальных условий, таких как радиация или окислительный стресс. Поэтому маленькая, скромная тихоходка — это супермен, способный выходить в открытый космос без ущерба для своего здоровья. С помощью этого белка возможно существенно повысить устойчивость к физико-химическим стрессам и других организмов. Генетики из Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ (ЛЯП ОИЯИ) изучают механизмы действия и области применения Dsup в рамках научного проекта.
Физики и инженеры из Центра прикладной физики Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ (ЛЯР ОИЯИ) занимаются разработками новых модификаций и новых применений трековых мембран – уникального пористого материала, получаемого облучением полимерных пленок ускоренными на циклотроне тяжелыми ионами и последующей физико-химической обработкой. Размер пор трековых мембран можно варьировать от нескольких нанометров до десятков микрометров. От размера пор зависят те или иные функциональные возможности мембраны, однако еще одним важным фактором являются свойства поверхности. В Центре разрабатываются разнообразные физико-химические методы целевой модификации поверхности трековых мембран.
Идея применения белка Dsup для создания композитного гибридного материала возникла в ходе сотрудничества ученых из двух лабораторий: ЛЯП и ЛЯР ОИЯИ. Простое, но важное наблюдение заключается в том, что белок Dsup способен эффективно обволакивать молекулу ДНК, независимо от последовательности нуклеотидов. Это означает, что Dsup притягивается к любому участку ДНК.
При закреплении этого белка на поверхности мембраны он может извлекать молекулы ДНК из раствора, подобно тому как рыбак вылавливает рыбу. Пористая поверхность предоставляет два существенных преимущества:
- во-первых, поры увеличивают общую площадь поверхности, что позволяет захватывать больше молекул ДНК;
- во-вторых, размещение под мембраной с крупными порами последовательных слоев мембран с порами уменьшающихся размеров открывает принципиальную возможность разделять ДНК по размеру.
В результате проведенных исследований было обнаружено, что новый гибридный материал способен извлекать и удерживать на своей поверхности и в порах ДНК из растворов с очень низкой концентрацией. Затем ДНК извлекается из пор и поверхности инновационного гибридного материала, готовая для дальнейшего анализа.
Способность нового гибридного материала извлекать внеклеточную ДНК из огромных объемов растворов с микроскопическим содержанием нуклеиновых кислот открывает новые возможности. Процесс выделения ДНК из растворов стал проще, быстрее и дешевле. Примененный подход говорит о перспективности исследования экстремофильных организмов для создания новых материалов. Этот проект — яркий пример того, как фундаментальные исследования приводят к реальным, практическим приложениям. Подробнее о работе ученых читайте в журнале Biotechnology Progress.