Функции белков в клетках живых организмов невероятно разнообразны и важны. Понимание их работы играет значимую роль в исследовании различных заболеваний и разработке лекарственных средств. Крошечный белковый мир чрезвычайно сложен в изучении, однако разработка канадских учёных – самая маленькая в мире антенна – может стать полезным инструментом в этой непростой задаче.
Самая маленькая в мире антенна – это инновационная структура, разработанная исследователями из Монреальского университета. Из сегментов нуклеиновых кислот, размеры которых в 20 тысяч раз меньше толщины человеческого волоса, учёные создали антенну длиной всего 5 нм. Эта конструкция «оборудована» флуоресцирующими молекулами, которые выполняют роль «ресивера». Благодаря им антенна может следить за поверхностью молекул изучаемых протеинов. Выполнение белком своих биологических функций она воспринимает в виде света с определённой длиной волны. Как приёмопередаточная радиоустановка, наноантенна может не только принимать сигнал, но также транслировать его таким образом, чтобы его могли расшифровать учёные. Экспериментируя с длинами сегментов ДНК и различными красителями, исследователи получили умную антенну, которая подаёт установленные цветовые сигналы в зависимости от того, какую функцию выполняет выбранный белок. Таким образом учёные имеют возможность отслеживать движения, функции и изменения протеинов, которые практически невозможно наблюдать напрямую, в режиме реального времени.
Белки – это сложные макромолекулы, которые, выполняя свои биологические функции, безостановочно переходят из одного состояния в другое. Как следствие, их структуры пребывают в постоянной трансформации. Многие состояния белков чрезвычайно мимолётны, что существенно усложняет их изучение. Как правило, исследование переходных состояний белковых структур производят при помощи ядерной магнитно-резонансной спектроскопии или рентгеноструктурного анализа, однако данные методы не способны уловить все стадии преобразования протеинов. Антенна, созданная учёными из Монреальского университета при помощи технология сборки искусственных структур из нуклеиновых кислот, может отслеживать даже самые незначительные изменения в состоянии белков.
В рамках лабораторных испытаний канадские учёные протестировали работоспособность антенны при взаимодействии с различными белками: стрептавидином, щелочной фосфатазой и белком G. По словам одного из авторов исследования Скотта Харруна, его команде впервые в истории удалось наблюдать взаимодействие щелочной фосфатазы (белкового фермента) с различными типами биологических молекул и лекарственными средствами. Данный фермент играет важную роль в обмене веществ в печени и развитии скелета, однако он также служит для диагностов биомаркером, повышение уровня которого может свидетельствовать о наличии заболеваний почек, печени, желчного пузыря, костей и пр. Подробное изучение биологических функций фосфатазы поможет учёным установить её место в механизме зарождения и развития этих заболеваний.
Благодаря развитию отрасли нанотехнологий на основе ДНК нуклеиновые кислоты набирают популярность в небиологической инженерии не как носители генетической информации, но как довольно легко программируемые и контролируемые «строительные» материалы. Скотт Харрун и его коллеги считают, что ДНК-антенна может послужить эффективным инструментом для исследования различных биомолекулярных механизмов, в том числе и разного рода конформационных преобразований молекул. В обозримом будущем исследователи планируют усовершенствовать процесс построения наноконструкций из ДНК, чтобы антенна стала более практичной и удобной в применении. Учёные верят, что их изобретением заинтересуются фармацевтические организации и исследовательские лаборатории, которые будут рады получить в своё распоряжение более эффективный инструмент с целью изучения белков и разработки новых молекул для лекарственных аппаратов.