Kluczową rolę odgrywa odległość

Ligandem dla receptora błonowego EphA2, który bierze udział m.in. w metastazie nowotworu piersi, jest cząsteczka efryny-A5. W eksperymencie przeprowadzonym na szwedzkiej uczelni naukowcy poddali analizie hipotezę, że odległość między różnymi ligandami ma wpływ na stopień aktywności komunikacji receptorów sąsiadujących komórek. Używając "cegiełek" DNA, zbudowali stabilną pałeczkę, do której przyłączyli białka w różnych odstępach (np. 40 lub 100 nm). Następnie, utworzone nano-konstrukcje umieścili w roztworze zawierającym komórki nowotworu piersi. Obserwując aktywność receptora EphA2, zauważono że była ona zwiększona kiedy cząsteczki efryny znajdowały się w bliskiej odległości. Komórki charakteryzowały się mniejszą inwazyjnością w stosunku do sąsiednich, co może wskazywać na ich mniejszą podatność na metastazę. Naukowcy z Karolinska Institutet są szczególnie dumni ze sposobu przeprowadzenia eksperymentu i użycia specjalnie zaprojektowanych "suwmiarek DNA". Dzięki nim wykazano również, że grupa białek może komunikować się efektywniej niż przypadkowo rozmieszczone, pojedyncze cząsteczki, nawet jeśli ich stężenie jest takie samo. Jak komentuje dr Björn Högberg dla Biotechnologia.pl: "Najważniejsze jest to, że uczymy się takich zastosowań nanoskali w badaniach biologicznych, jakie nie były możliwe nigdy wcześniej."

Puzzle na poziomie nano

Paul Rothemund z Kalifornijskiego Instytutu Technologii dziesięć lat temu, samodzielnie projektując "klamry"  (ang. staple DNA) dla genomu wirusa, stworzył origami DNA przedstawiające uśmiechniętą buzię. To był dopiero początek. Ta nowoczesna technika wykorzystuje specyficzne interakcje pomiędzy komplementarnymi parami zasad DNA. Jak stworzyć cząsteczkę DNA według własnego projektu? Wystarczy narysować projekt jednoniciowej molekuły DNA i pozwolić komputerowi obliczyć rozmieszczenie indywidualnych nici klamrowych, które potem przyłączają się do konkretnego miejsca w naszej cząsteczce. Po wymieszaniu w odpowiednim buforze, podgrzaniu i ochłodzeniu, zaprojektowane klamry wyginają długą nić w odpowiedni kształt.

Tysiąc pomysłów na minutę

Taki rodzaj precyzyjnego projektowania jest dobrodziejstwem dla inżynierów nanotechnologii, którzy chcieliby umieścić elementy na obwodach nanoelektronicznych lub dla biotechnologów chcących projektować układy białek w ścisłej, dokładnie określonej odległości od siebie – tak jak zrobili to naukowcy ze Szwecji. Friedrich Simmel, biofizyk z Technicznego Uniwersytetu w Monachium użył techniki origami DNA do zaprojektowania linijki mierzącej dystans między pojedynczymi cząsteczkami oraz do kalibracji mikroskopów o wysokiej rozdzielczości. Naukowcy z Uniwersytetu Aarhus w Danii skonstruowali pudełko, które – dosłownie – otworzyło nowe możliwości w dostarczaniu leków do organizmu. Pomysły na zastosowanie takiego składania DNA jest bardzo wiele, ale przed naukowcami wiele trudności do pokonania, co potwierdza dr Björn Högberg z Karolinska Institutet, wypowiadając się dla portalu Biotechnologia.pl: "Bardzo ważnym czynnikiem dla przyszłości origami DNA w ogólnym znaczeniu jest to, że musimy nauczyć się, jak zwiększyć skalę produkcji tych narzędzi." Jego grupa badawcza opracowała metodę enzymatycznej produkcji jednoniciowych oligonukleotydów, będących surowcem w nanotechnologii DNA, nazywaną metodą MOSIC (ang. monoclonal stoichiometric). Korzystając z niej, mają nadzieję że pewnego dnia będzie można wyprodukować materiał w skali kilogramowej, który znajdzie zastosowanie w badaniach na zwierzętach i wreszcie w terapii dla ludzi.

Globalna wioska w służbie nauki

Folding@home to internetowy projekt naukowców ze Stanford University w Stanach Zjednoczonych, w którym internauci z całego świata mogą pomóc w badaniu procesów zwijania białek. Dzięki temu można przyczynić się do badań nad nowotworem, chorobą Alzheimer'a czy Parkinsona. Wystarczy tylko uruchomić program umieszczony na stronie projektu. W wolnej chwili można też poćwiczyć umiejętności w składaniu cząsteczek RNA, grając online w EteRNA i pomagając w tworzeniu pierwszej biblioteki syntetycznych projektów RNA na dużą skalę – stając się tym samym elementem tzw. crowdsourcing'u. W ten sposób, metodą prób i błędów, być może przyczynimy się do powstania nowych sposobów kontroli żywych komórek i leczenia chorób. 

Aleksandra Kowalczyk