Новости
Библиотека
Таблица эл-тов
Биографии
Карта сайтов
Ссылки
О сайте


Пользовательского поиска




13.02.2012

Химиические свойства через поколение

Первый шаг к получению функционального материала, который может воспроизводиться самостоятельно, сделали американские учёные. Они создали сложную искусственную структуру из фрагментов ДНК, которая может без ошибок воспроизводиться в течение нескольких поколений.

Структура из фрагментов ДНК, без ошибок воспроизводящяся в течение нескольких поколений
Структура из фрагментов ДНК, без ошибок воспроизводящяся в течение нескольких поколений

Об удачной попытке получить искусственный материал, обладающий уникальным свойством «живых» структур – способностью к ауторепликации, т. е. самовоспроизводство, доложила группа учёных, представляющих физический и химический факультеты, а также центр мягких магнитных материалов Университета Нью-Йорка. Результаты их работы суммируются в статье, опубликованной в журнале Nature.

Ауторепликация и комплементарность

В живой природе ауторепликация встречается повсеместно и составляет основу жизни на нашей планете. Воспроизводят сами себя молекулы ДНК, РНК и некоторые другие сложные белковые молекулы, например энзимы. До сих пор учёным удавалось лишь искусственно воссоздать природный процесс. Следующим ожидаемым шагом в развитии нанотехнологий и материаловедения должно было стать создание полностью искусственной структуры произвольной конструкции, способной безошибочно воспроизводить себя из окружающих химических компонентов.

Ученые из Университета Нью-Йорка смогли добиться столь желанной цели, использовав в качестве основы для своего «фертильного» материала фрагменты молекул ДНК. Как известно, ДНК состоит из четырех азотистых оснований, которые могут формировать парные комплексы с помощью образования водородных связей. Эта возможность объединяться попарно в химии называется комплементарность. Из четырёх кирпичиков, которые, складываясь в определённой последовательности, в результате образуют молекулу ДНК, аденин комплементарен тимину, а гуанин – цитозину

В качестве основы для создания аутореплицирующегося материала нью-йоркские исследователи позаимствовали эту способность попарно объединяться у составляющих молекул ДНК.

На основе синтетических фрагментов ДНК они создали новую сложную искусственную молекулу. Сначала учёные создали молекулу BTX (bent triple helixes – «склеенная тройная спиральная»), где три двойные спирали с помощью водородных связей «склеены» вдоль оси и образуют что-то вроде ленты. Каждая тройная молекула BTX была затем объединена с другой такой же посредством двух перпендикулярных связок из кусочков двойной спирали. Так как, в отличие от азотистых оснований, фрагментов ДНК может быть не 4, а значительно больше, то вариаций BTX может быть составлено до 428, то есть квадрильоны. И каждая комбинация будет обладать уникальными химическими и физическими свойствами.

Три поколения в одном стакане

Именно сложная конструкция, состоящая в итоге из шести двойных спиралей, и служила «зародышевой» молекулой для демонстрации возможности искусственной ауторепликации. Для каждого фрагмента ДНК, назовём их условно A или B, использованного для сборки этой большой молекулы, была также синтезирована комплементарная пара A' или B'. Для инициации процесса самовоспроизводства исходные молекулы помещали в химический раствор, содержащей комплементарные ДНК-кирпичики, необходимые для постройки новых молекул. В результате к каждому фрагменту (которые мы назвали A или B) присоединялся комплементарный фрагмент (A' или B'). В итоге получалась полностью «комплементарная» исходной крупная дочерняя молекула.При нагревании до 37° C она отделялась и продолжала существовать в растворе самостоятельно.

На втором этапе в раствор снова добавляли нужных химических компонентов (на этот раз комплементарных к A' или B' – то есть A или B) и нагревали, получая дочернюю комплементарную молекулу. Однако исходной молекуле она была уже «внучатой», и не комплементарной, а абсолютно идентичной. Причём сохранялись не только последовательности кирпичиков в спиралях BTX, но и общая форма и структура молекулы, то есть поставленная цель была выполнена на 100%.

Экспоненциальные надежды

Впрочем, на 100% свою цель нью-йоркские физики и химики выполнили только качественно. Количественно же выход второго, «внучатого», поколения составил лишь немногим более 30% от числа исходных молекул. Это связано с тем, что в процессе репликации происходят ошибки и в растворе появляются «мусорные» – неправильно или не полностью собранные – молекулы. И эту проблему учёным решить только предстоит.

«Это первый шаг в процессе создания искусственного самореплицирующегося материала произвольно выбранного состава, – считает Пол Чайкин, профессор физического факультета Университета Нью-Йорка, известный физик-материаловед, ученик Ричарда Фейнмана и один из соавторов исследования».

«Следующая задача состоит в том, чтобы создать процесс, в котором саморепликация происходит не только для нескольких поколений, но достаточно продолжительное время, чтобы продемонстрировать экспоненциальный рост числа молекул», – отметил ученый.

«Несмотря на то что наш метод репликации требует многократных химических и термических производственных циклов, мы продемонстрировали саму возможность реплицикации не только для таких молекул, как клеточная ДНК или РНК, но и для дискретных структур, которые могут в принципе принимать разные формы, иметь много разных функциональных признаков и объединяться с различными типами химических соединений», – добавил соавтор и коллега Чайкина с химического факультета, профессор Надриан Симэн.

У учёных уже есть несколько идей, как улучшить процесс. Например, использовать активацию светом вместо разрушающего нагревания. А добившись стабильного экспоненциального роста числа молекул, они собираются приступить к созданию функциональных материалов на основе предложенных принципов.

Ася Парфёнова


Источники:

  1. Газета.Ru



ИНТЕРЕСНО:

Новый метод анализа белков работает в 50 раз быстрее

Создана первая «химическая память» объемом в 1 бит

193 года назад впервые получено органическое соединение из неорганических

Ученые разработали программу, которая высчитывает свойства молекул сложных химических соединений

Самосборкой получены структуры из 144 молекулярных компонентов

Учёные создали нанореактор для производства водорода

Ученые из Швеции создали «деревянное стекло»

Разработан новый метод создания молекул

Японские ученые создали жидкий квазиметалл, застывающий на свету

Нобелевскую премию по химии присудили за синтез молекулярных машин

Новая компьютерная программа предсказывает химические связи

Получены цветные изображения на электронном микроскопе

В упавшем в России метеорите обнаружен уникальный квазикристалл

10 невероятно опасных химических веществ

Создатель «суперклея» Гарри Кувер – химик и изобретатель, автор 460 патентов, самый известный из которых так и не помог ему разбогатеть




© Злыгостев Алексей Сергеевич, подборка материалов, оцифровка, статьи, оформление, разработка ПО 2001-2018
При копировании материалов проекта обязательно ставить активную ссылку на страницу источник:
http://chemlib.ru/ 'ChemLib.ru: Библиотека по химии'