Созданы нанопоры из ДНК для детекции биомолекул

В журнале Nature Communications опубликована статья о программируемых ДНК-нанопорах, которые можно использовать для создания биосенсоров. Ученые разработали биопротонное устройство, состоящее из билипидной мембраны, в которую встроены самособирающиеся протонные каналы — нанопоры из ДНК. Через пору свободно проходят протоны, но не могут пройти крупные молекулы, такие как белки. Ток, создаваемый протонами, проникающими через поры, регистрируется, а закупорка пор приводит к изменению сигнала. Путем модификации нанопор их можно программировать на связывание определенных аналитов. В приборах для нанопорового секвенирования молекулы ДНК и РНК проходят через белковые поры; новая концепция позволяет детектировать пептиды и другие биомолекулы с помощью пор из ДНК.

Авторы использовали подходы, которые описал еще в конце прошлого века основоположник ДНК-нанотехнологий Надриан Симен; для более подробного знакомства с вопросом они приводят ссылку на обзор Симена и канадского химика Хэнеди Слеймен. Исследователи синтезировали 13 коротких одноцепочечных нитей ДНК и затем смешали полученные нити ДНК в эквимолярных количествах, чтобы обеспечить самосборку нанопор. Каждая нанопора представляет собой бочкообразную структуру из 6 взаимосвязанных спиральных пучков, которые образуют стенки. Нанопоры были функционализированы с помощью тетраэтиленгликоль-холестериновых «якорей» для встраивания в билипидный слой.

Функциональность протонных нанопор из ДНК оценивали электрохимическим методом. Билипидную мембрану помещали над палладиевым электродом, с помощью которого замеряли изменения потока протонов. Наложение мембраны блокировало ток протонов к поверхности электрода, регистрируемый сигнал при этом снижался. Добавление раствора с нанопорами увеличивало сигнал — это означало, что нанопоры самостоятельно встраиваются в мембрану и делают ее проницаемой для протонов. Нанопоры, не модифицированные тетраэтиленгликоль-холестерином, не вызывали усиления сигнала, а значит, встраиваться в мембрану не могли.

Далее ученые модифицировали нанопоры биотином для связывания стрептавидина или ДНК-аптамером для связывания натрийуретического пептида B-типа. При добавлении стрептавидина в среду с нанопорами, модифицированными биотином, наблюдалось снижение сигнала — стрептавидин связывался с биотином и закупоривал поры, блокируя ток протонов. Кроме того, увеличение концентрации стрептавидина способствовало большему снижению регистрируемого тока.

Аналогичным образом добавление натрийуретического пептида в аналитическую систему с порами, модифицированными аптамерами, вызвало снижению тока, однако в меньшей степени, чем в системе со стрептавидином и биотином, что объясняется более низким сродством натрийуретического пептида к аптамеру.

На основе данной разработки можно создавать аналитические системы, программируя нанопоры на связывание различных веществ. Преимущество такого подхода в том, что не требуются модификации аналита.

ДНК-оригами позволяет управлять сборкой вирусных капсидов