Nanotechnologia na przestrzeni ostatnich kilkudziesięciu lat rozwinęła się z intrygującego pomysłu rodem ze sfery science fiction do poziomu znanego dzisiaj, czyli powstających nowatorskich technologii i przykładów obiektów zaprojektowanych i wykonanych w nanoskali, demonstrujących ogromny potencjał tej dziedziny nauki. Nowością jest jednak wykorzystanie struktur zbudowanych z cząsteczek DNA w zastępstwie kanałów membranowych, czyli szeroko rozprzestrzenionych i niezwykle ważnych nanostruktur spotykanych w naturze.
Wszystkie znane żywe komórki posiadają barierę wyodrębniającą je z otoczenia. Jest to nieprzepuszczalna błona zbudowana z dwóch warstw cząsteczek lipidów. Do mediacji pomiędzy środowiskiem zewnętrznym, a wnętrzem komórki wykorzystywane są specjalne białka, nazywane kanałami membranowymi. Są one ulokowane wewnątrz błon i stanowią swoiste tunele, umożliwiające dwukierunkową wymianę materiałów i sygnałów pomiędzy komórką, a jej otoczeniem.
Wraz z uzyskaniem syntetycznego kanału jonowego zbudowanego z cząsteczek DNA, zamiast z aminokwasów, naukowcy wskazują na serię potencjalnych zastosowań takiej struktury. Mogą przyczynić się do postępów w badaniach nad wykorzystaniem kanałów membranowych jako sensorów molekularnych, środków przeciwbakteryjnych oraz sterowników nowatorskich nanourządzeń.
Przy projektowaniu kanału membranowego zbudowanego z DNA, naukowcy oparli się na poznanych do tej pory strukturach białkowych kanałów. Ich twór składa się z trzpienia w kształcie igły o długości 42 nanometrów, przy czym wewnętrzna średnica kanału wynosi zaledwie dwa nanometry. Krawędź kanału jest częściowo osłonięta nakładką, wokół której znajduje się pierścień zbudowany z jednostek cholesterolu. Pierścień ten pomaga całej strukturze w zintegrowaniu się z błoną lipidową komórki, podczas gdy trzpień kanału wystaje na zewnątrz błony, tworząc funkcjonalny kanał.
Naukowcy nie testowali jeszcze działania swojej nanostruktury w żywych komórkach, jednak eksperymenty wykonane z wykorzystaniem pęcherzyków lipidowych pokazują, że syntetyczny twór przyłącza się błony lipidowej w przewidziany sposób. Wykazano również, że sztuczny kanał posiada przewodność elektryczną na podobnym poziomie co jego naturalne analogi. To sugeruje, że może posiadać właściwości charakterystyczne dla kanałów jonowych kontrolowanych napięciem elektrycznym.
Badania nad nowym wytworem nanotechnologii cały czas trwają, nie są jeszcze znane jego wszystkie możliwe zastosowania. Z pewnością sprawdzone zostanie wykorzystanie ich do imitacji zachowania wirusów, a także zastosowanie w terapii genowej – mogą one posłużyć do dostarczania wybranego materiału do wnętrza komórki. Istnieje też pomysł wykonania innych nanourządzeń zainspirowanych naturalnymi mechanizmami, takimi jak na przykład białka transportowe, czy motoryczne. Ten pomysł pobudza wyobraźnię badaczy i stanowi zachętę do kontynuowania badań.
Tomasz Domagała
KOMENTARZE