Вот тебе и пожалуйста. Ещё вчера наносборка казалась сложной процедурой по принципу "атом за атомом". К тому же - весьма дорогостоящей: собирать приходилось в вакууме или при чрезвычайно низких температурах. А теперь выяснилось, что всё гораздо проще и дешевле - учёный научился сгибать ДНК как бумагу.
Молодого исследователя-первооткрывателя зовут Пол Роземунд (Paul W.K. Rothemund). Вместе с коллегами по группе он изучает ДНК и природные алгоритмы (DNA and Natural Algorithms Group) в Калифорнийском технологическом институте (Caltech).
Согласно недавней публикации в журнале Nature, Роземунд называет своё изобретение "ДНК-оригами" ("DNA origami") и может создать из молекулярных цепочек любую двухмерную фигуру. Это Пол уже доказал на практике, явив миру несколько своих "художественных работ".
Прежде всего, это карта обеих Америк в масштабе 1 к 200 триллионам. Всё западное полушарие заняло меньше места, чем бактерия, а 50 миллиардов копий этой карты могли бы соответствовать одной капле воды. "Я хотел сделать карту всего мира, но мне не хватило времени, - сокрушается учёный. - Из-за этого я чувствую себя ужасно".
На этой карте 1 нанометр представляет 200 километров (изображение Paul W.K. Rothemund).
Роземунд огорчается напрасно - его сделанная из ДНК карта на сегодняшний день является самым большим и самым сложным объектом наномасштаба, созданным в лаборатории.
Всего же группа Пола сделала с десяток разнообразных форм, включая схематическое изображение двойной спирали, снежинку, цветок, пятиконечную звезду и смайлик.
По словам исследователей, для создания каждой формы требуется месяц планирования и несколько часов непосредственно на изготовление.
Диаметр этого смайлика около 100 нанометров - это в тысячу раз меньше диаметра человеческого волоса (изображение с сайта mobilemag.com).
А здесь - тот же наносмайлик на стадии создания. Учёные "распутали" нуклеотидные нити ДНК, после чего одну из них заставили, многократно изгибаясь, выстроить структуру, похожую на лабиринт. Получилось основание формы, которое скрепляется и "раскрашивается" короткими нитями (изображение Nick Papadakis).
Что ж, перейдём к процессу производства. Сначала Роземунд вычерчивает форму на листе миллиметровки - непрерывной линией рисует подобие лабиринта. После этого "картинка" загружается в компьютер, который высчитывает, сколько понадобится материалов и каков их химический состав.
Затем начинается строительство на подложке. Исследователи берут распутанные нуклеотидные нити, добавляют небольшое количество соли и близкую к точке кипения температуру. В конце концов, элементам ДНК разрешают медленно охладиться, что означает - самостоятельно собраться в заданную форму.
Индивидуальные цепочки сворачиваются на поверхности взад-вперёд по спирали, формируя основу, которая впоследствии скрепляется более короткими нитями (их около 200), играющими также роль "пикселей дисплея" диаметром шесть нанометров. Вот и всё.
Хотя команда Роземунд пока создаёт только двухмерные структуры, Пол говорит, что с 3D-формами не должно возникнуть никаких проблем. Таким образом, новая техника может стать важным инструментом для строительства наноустройств в тысячи раз меньше диаметра человеческого волоса.
"Да, пока это лишь художественные работы, - соглашается Роземунд, - но мы верим, что раз уж нам удалось создать из ДНК формы, то получится и сделать с ними что-нибудь полезное. Кроме того, по пути мы узнаём много нового о самой структуре ДНК".
Учёный надеется, что его метод найдёт применение в электронике, медицине и молекулярной биологии. Одна из потенциальных возможностей - сделанная в наномасштабе "клетка", в которой фармацевты, испытывающие новые препараты, могли бы изолировать ферменты, пока они не будут готовы к "подключению" или "отключению" других белков.
Ещё несколько художеств команды Роземунда (изображение Paul Rothemund/Caltech).
Следует отметить - это не Роземунд придумал использовать ДНК для создания форм. Первенство приписывают Надриану Симэну (Nadrian Seeman) из Нью-йоркского университета (New York University). Другим пионером в данной области считается Эрик Уинфри (Erik Winfree), в группе которого работает Пол.
"В этом исследовании Пол добился нескольких необычных "впервые для человечества", - убеждён Уинфри. - В одной типичной реакции он может сделать приблизительно 50 миллиардов смайликов. Я думаю, что это - самое сконцентрированное счастье из всех когда-либо созданных".
"В некотором смысле он революционер, - подтверждает Симэн. - Его работа, конечно же, изменит те способы, с помощью которых люди делают вещи".