Логические схемы на основе ДНК теперь получили возможность большую, чем просто детектирование сегментов ДНК, за счет природных свойств молекул ДНК получение таких устройств может быть упрощено.

Аптазимы и наночастицы могут облегчить получения наноразмерных логических устройств. (Рисунок из Chem. Commun., 2009, 4666)

Ацуси Огава (Atsushi Ogawa) и Мизуо Маэда (Mizuo Maeda) из Университета Ехиме (Япония) модернизировали существующие логические системы на основе ДНК, получив системы определения, в которых агрегация наночастиц из золота позволяет визуализировать присутствие широкого ряда биомаркеров.

Логические схемы применяются в устройстве вычислительных машин. Сигнал ввода подвергается операции обработке, в результате которой возможно два логических ответа: истинный (единица) или ложный (ноль). Логическую систему можно построить и из биологических объектов, используя системы ввода, выхода и переключатели из ДНК.

Логические устройства на основе ДНК детектируют олигонуклеотиды, связанные с сенсорами логических устройств. Эта концепция была разработана для определения различных молекул с помощью аптамеров – молекул ДНК или РНК, адаптированных для связывания с другими молекулами или вирусами. Однако недостатком логических цепей, как на основе ДНК, так и на основе аптамеров является то, что они зависят от гибридизованного переключателя. Когда молекула-мишень связывается (гибридизуется) с сенсором для передачи сообщения об этом событии на сенсор для каждой пары сенсор-мишень необходима отдельная система.

Для того чтобы не разрабатывать переключатель для каждого конкретного случая Огава и Маэда создали логическую схему на основе аптазима (aptazyme). Аптазим – фермент, который в природных условиях способствует выработке отклика на взаимодействие определенных молекул. Аптазим может быть подстроен таким образом, что он будет давать отклик при взаимодействии с любой частицей от иона до сложного метаболита лекарственного препарата.

В данном случае при активации молекулой-мишенью выщепляет участок из молекулы РНК. Свободная РНК передает сигнал на устройство, передающее сигнал, где в качестве сигнальной системы используются наночастицы золота.

Эти наночастицы модифицированы нитями ДНК, связывающимися со свободной РНК с образованием дуплекса, способствующего агрегации наночастиц, которая может наблюдаться даже невооруженным глазом.

Источник:

1. Chem. Commun., 2009, 4666, DOI: 10.1039/b910288d

2. ChemPort