Forskere har laget den minste antennen som noen gang er laget - bare fem nanometer lang. I motsetning til de mye større analogene vi kjenner, er ikke denne miniatyrtingen designet for å overføre radiobølger, men for å motta hemmelighetene til variable proteiner. Nanoantennen er laget av DNA - molekyler som bærer genetiske instruksjoner, som er omtrent 20 XNUMX ganger mindre enn et menneskehår. Den er også fluorescerende, noe som betyr at den bruker lyssignaler til å registrere og overføre informasjon. Disse lyssignalene kan brukes til å studere bevegelse og endring av proteiner i sanntid.
Innovasjonen til denne antennen ligger i det faktum at dens mottakende del også brukes til å bestemme den molekylære overflaten til det studerte proteinet. Dette gjør at et klart signal kan oppnås når proteinet utfører sin biologiske funksjon.
"Som en toveis radio som både kan motta og sende radiobølger, mottar en fluorescerende nanoantenne lys av én farge eller bølgelengde, og avhengig av bevegelsen til et protein den registrerer, sender den deretter lys av en annen farge som vi kan oppdage ." sier kjemiker Alexis Valle-Belisle ved University of Montreal (UdeM) i Canada. Spesielt er oppgaven til antennen å måle strukturelle endringer i proteiner over tid. Proteiner er store, komplekse molekyler som utfører en rekke viktige oppgaver i kroppen, fra å støtte immunsystemet til å regulere organfunksjonen.
Men når proteiner skynder seg å gjøre arbeidet sitt, gjennomgår de konstante strukturendringer, og beveger seg fra stat til stat i en svært kompleks prosess som forskere kaller proteindynamikk. Og vi har ikke gode verktøy for å spore denne proteindynamikken i aksjon.
"Eksperimentell studie av proteinovergangstilstander er fortsatt en stor utfordring fordi teknikker med høy strukturell oppløsning, inkludert kjernemagnetisk resonans og røntgenkrystallografi, ofte ikke kan brukes direkte for å studere kortlivede proteintilstander," forklarer teamet i papiret deres. Nye teknologier for DNA-syntese, hvis utvikling har pågått i omtrent 40 år, gjør det mulig å lage nanostrukturer av ulik lengde og fleksibilitet, optimalisert for å utføre de nødvendige funksjonene.
En av fordelene med denne ultra-lille DNA-antennen fremfor andre analysemetoder er at den er i stand til å fange opp svært kortlivede tilstander av proteiner. Dette betyr ifølge forskerne at det er mange potensielle anvendelser her både innen biokjemi og nanoteknologi generelt.
Ved å utforske "allsidigheten" i designet deres, var teamet vellykket protesterte antennen med tre forskjellige modellproteiner – streptavidin, alkalisk fosfatase og protein G – men det er potensielt mye mer i vente, og en av fordelene med den nye antennen er dens allsidighet. Nanoantenner kan brukes til å overvåke ulike biomolekylære mekanismer i sanntid, inkludert små og store konformasjonsendringer - i prinsippet enhver hendelse som kan påvirke fluorescensemisjonen til et fargestoff.
DNA blir stadig mer populært som en byggestein som vi kan syntetisere og manipulere for å lage nanostrukturer som antennen i denne studien. DNA-kjemi er enkel å programmere og enkel å bruke når den først er programmert.
Forskerne er for tiden ute etter å lage en kommersiell startup slik at nanoantenneteknologien praktisk talt kan pakkes og brukes av andre, enten det er farmasøytiske organisasjoner eller andre forskningsgrupper.
Les også:
- Forskere har utviklet en lett romrobot med presis kontroll
- Kinas «kunstige sol» slo verdensrekorden for plasmasyntese