Student World

O tom, že DNA nachází výrazné uplatnění i na poli nanotechnologií, jsme již na Science Worldu psali několikrát (o zajímavém soužití DNA s uhlíkovými nanotrubičkami viz třeba zde http://www.scienceworld.cz/sw.nsf/ID/02BBE7C56BADCE74C1256E9700490075). V současné fázi vývoje není tím, co nás zajímá, schopnost DNA se replikovat (což by samozřejmě pro nanoroboty bylo žádoucí), ale umění DNA párovat se do vláken, jejichž příkladem je populární dvojšroubovice.
DNA dnes ve světě nanotechnologií využíváme právě tímto způsobem – její pomocí dokážeme dostat věci, kam patří. DNA můžeme třeba rozmotat do jednoduchých vláken, na určitá – přesně definovaná – místa řetězce navázat naše součástky, pak nechat dvě komplementární vlákna DNA se smotat. Výsledkem bude požadovaná geometrická struktura. DNA se tedy uplatní jako miniaturní pinzeta.
To ale není jediná možnost, protože dvoušroubovicí vše jen začíná. Nadrian C. Seeman přiměl deoxyribonukleovou kyseliny k mnohem zajímavějším kouskům. Tak především, protože řetězce k sobě lnou ne nutně celé, ale svými komplementárními částmi, z DNA můžeme složit de facto libovolnou 2D i 3D strukturu (respektive se podle našeho zadání "složí sama").
Představte si třeba, že máte 3 vlákna DNA. Polovička vlákna A odpovídá vláknu B, polovička vláknu C, polovina B je komplementární polovičce C. Jak se taková 3 vlákna k sobě složí? Vytvoří obdobu písmene T. 4 vlákna, z nichž polovina každého odpovídá úsekům na 2 dalších vláknech, vytvoří kříž (každé z vláken bude ohnuté do pravého úhlu).
No a podobně lze pokračovat dál a dál, vytvářet krychle (Ukázková krychle měla každou ze stran tvořenu spárovanými 20 nukleotidy. Vznikla složením 6 čtvercových molekul DNA, které odpovídaly jednotlivým stěnám. Aby to celé drželo pohromadě, bylo ještě třeba zapojit do práce enzymy, které patřičným způsobem ošetřily "spoje".) i jiné mnohostěny. Když na koncích molekuly vždy ponecháme "lepivé konce", můžeme na ně přistavovat další řetězce, vytvářet spoje a křížení. Seeman používá v této souvislosti přirovnání k tyčkovým, "špejlovým" modelům, kdy tyčkám odpovídají jednotlivé dvojšroubovice.
Takovéhle 3D struktury z DNA můžeme používat jako "klece" k dopravě molekul určitých tvarů (využití ve farmakologii je nabíledni). Klec může sloužit i jako analytická pomůcka – vlezou se do ní pouze molekuly určitého tvaru. Takto lze (eventuálně ve spojení s dalšími postupy) určovat dosud neznámou 3D strukturu jiných molekul.
Přidáním určitých látek (soli, komplexní sloučeniny) se "normální" šroubovice DNA může také přemotat do šroubovice s opačnou orientací. Pokud jsou na DNA navázány další molekuly, opět s nimi můžeme tímto způsobem jemně manipulovat. Toto "překlápění" může odpovídat logické nule a jedničce – tím bychom se dostali opět k tématu DNA počítačů. V základní verzi není náš systém příliš inteligentní, protože účinkem vnějšího signálu se přemotají všechny dvojšroubovice. Nic nám ale nebrání ke změnám struktury DNA používat zase DNA (nebo enzymy). V tu chvíli dosáhneme potřebné specifičnosti a s jednotlivými útvary budeme moci manipulovat nezávisle na sobě.

Zdroj: Nadrian C. Seeman: Nanotechnologie a DNA, Scientific American české vydání, červen 2005 a další

autor Pavel Houser