Tým německých výzkumníků z Technische Universität Braunschweig v časopise Science informoval o samosestavujících se anténách vyráběných technikou origami.

Samo se sestavující anténa.  (Kredit: Acuna,G.P., Institute for Physical and Theoretical Chemistry)

Technika zvaná DNA origami se stále vylepšuje a novinkou je trojrozměrný nano-objekt z nukleotidů, vylepšený o částečky zlata přilepenými „obkročmo“ na jakémsi patníku tvořeném svazkem šroubovic. Jeho tělo vyrůstá z ploché základny tvořené proteinem vázajícím bioti. Pilíř ční do výšky 220 ​​nm a průměr má 15 nanometrů. Nese dvě velké díry, které jsou akorát tak velké, aby do nich  kulovité nanočástice zlata (80 až 100 nanometrů v průměru), zapadly. Zlaté „koule“ jsou symetricky po obou stranách sloupu a jsou od sebe vzdáleny přesně 23 nanometrů. Takové uspořádání vytvoří plazmonický efekt soustřeďující světlo do místa, které vědci nazvali aktivním bodem „hotspotem“. A protože do něj umísťili molekulu fluorescenčního barviva, celá struktura vytváří opticky aktivní zdroj. Zlato je anténou, která fluorescenční signál vylepšuje.

Zvětšit obrázek

Schema se stavebními kameny DNA: adenin (A) a tymin (T). (Kredit: Acuna,G.P., Institute for Physical and Theoretical Chemistry)

DNA novotvary drží pohromadě díky tomu, že se vědci při studiu genů naučili skládat stavební kameny – nukleotidy a v programování se postupně tak vylepšili, že nyní dovedou i kompozice, které příroda nezná. Tyto stavby už nevyužíváme jako nositelky informace, ale požadujeme od nich mnohem „sprostší“ funkci – jen aby se chovaly jako lepidlo a  podpěra pro kovové součástky antény.
Jak už to u antém bývá zvykem, záleží u nich, jak na vzdálenosti mezi kovovými prvky, tak na tom, jak daleko jsou od přijímacího prvku. DNA struktura musí tedy být předprogramována tak, aby i pro molekulu fluorescenční barvičky vytvořila vhodné dokovací místo. Tím je štěrbina ve svazku DNA šroubovic držících po obou stranách již zmíněné zlaté koule. Parkovací místo barvičky je na obrázku znározněno červeně. Excituje se polarizovaným laserovým světlem o vlnové délce 640 nanometrů.
Popsaným uspořádání molekuly DNA dovybavené zlatem vybudí světlo i ve velmi malých objemech a dovoluje zkoumat molekuly látek způsobem, který je až 100 krát přesnější, než čeho jsme byli u optických mikroskopů zatím schopni.
Výhodou je, že k výrobě udělátek netřeba „montážních linek“. V podstatě stačí dát na jednu kupu nukleotidy a enzym a struktury se začnou organizovat při vhodném teplotním cyklu samy.

Zvětšit obrázek

Nanočástice kovu vytváří nanoantény a ty zesilují optické pole a fluorescenční signál. (Kredit: Acuna,G.P., Institute for Physical and Theoretical Chemistry)

Když pak vše funguje jak má, v plazmonických hotspotech se zvýší intenzita fluorescence a můžeme detekovat reakce probíhající v malých objemech. Tak malých, že k jejich charakteristice je potřeba znát význam termínu ceptolitr.

Metodou pokus omyl s různě tvarovanými strukturami a velikostmi zlatých „nugetů“ vědci přišli na to, že nejintenzivnější signál (117krát zesílený) lze mít u 23 nanometrové pastičky pro barvičku po stranách vybavenou 100 nanometrovými zlatými partikulemi. S těmito DNA anténami lze údajně vyšetřovat vzorky obsahující i pouhou jednu molekulu zkoumané látky. Pro lepší představu s jakými objemy a množstvím látek se při těchto testech pracuje, je připojena tabulka s předponou „zepto“. Najdete jí až na posledním řádku.

Zvětšit obrázek

Zepto (symbol z) je předpona soustavy SI a znamená mocninu 10-21, tj. jednu triliardtinu. Předpona pochází z francouzského -sept nebo z latinského septem, což znamená sedm, protože odpovídá násobku 1/1000

Zlaté nanoantény by měly umožňovat odhalit jednu molekulu v objemu triliardtin litru. K čemu to je dobré? Mohlo by to dovolit sledovat probíhající enzymatické reakce na úrovni buňky. Kromě těchto výzkumných cílů by mělo časem dojít ke zlevňování celé řady laboratorních vyšetření, zvláště těch k nimž jsou třeba drahé chemikálie. O tom, k čemu dál by to mělo směrovat, se můžeme domnívat z dalších plánů výzkumného týmu. Hodlá vyzkoušet, zda pomocí struktur DNA origami by nešlo chemické reakce také řídit  - a to je další věc kterou příroda s DNA neměla v plánu.

Popusťme na chvilku uzdu zatím neopodstatněnému optimismu. Protože již nyní by mělo jít testovat přítomnost látek přímo v buňkách, mohla by se tím prokazovat přítomnost něčeho, co signalizuje třeba zhoubné bujení – zkrátka stanovit diagnózu. Je tu ale i velká šance, že obdobnými strukturami půjde chemické reakce v buňce ovlivňovat a řídit. Nanočástice o kterých tu je řeč, jsou tak prťaté, že není problém je beztrestně dostat přes buněčné membrány. Pomocné struktury jsou zase z materiálu našemu tělu vlasnímu. Stavební kameny DNA jsou navíc v buňkách v k dispozici dostatečném množství. Struktury se sestavují samy a k tomu aby se začaly tvořit, by teoreticky mělo stačit do nich jen  vpašovat příslušný genetický kód.... 

Pramen:
Technische Universität Braunschweig
Science 338, 506 (2012); DOI: 10.1126/science.1228638.