Наноконструкции на основе двухцепочечных нуклеиновых кислот возможности применения в биотехнологии и медицине Текст научной статьи по специальности «Биотехнологии в медицине»

НАНОКОНСТРУКЦИИ НА ОСНОВЕ ДВУХЦЕПОЧЕЧНЫХ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ - ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ В БИОТЕХНОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ

Ю.М.Евдокимов Институт молекулярной биологии им. В.А.Энгельгардта РАН E-mail: vevdokim(a),eimb. ru

Нанотехнология направленного создания сложных пространственных структур с регулируемыми свойствами с использованием двухцепочечных нуклеиновых кислот (дцНК) в качестве „строительных блоков" находится в центре внимания многих исследователей. В докладе рассмотрена технология создания наноструктур на основе дцНК и их комплексов с различными биологически активными соединениями, которая в принципе отличается от всех вариантов предложенной ранее [1] технологии последовательной („step-by-step") модификации исходных молекул НК.

Новая технология основана на использовании не изотропных молекул дцНК (ДНК или РНК), а молекул дцНК, фиксированных в пространственной структуре частиц холестерических жидкокристаллических дисперсий (ХЖКД), получаемых разными способами. В одном из способов ХЖКД получают в результате фазового исключения дцНК из водно-солевых растворов полимеров ("энтропийная конденсация"). Альтернативу ему составляет прием, основанный на так называемой "энтальпийной конденсации" дцНК. Для реализации этого способа использован биодеградируемый, биосовместимый полиаминосахарид - хитозан, аминогруппы которого обеспечивают нейтрализацию около 90% отрицательных зарядов фосфатных групп дцНК, достаточную для спонтанного фазового исключения этих молекул из раствора. При определенных условиях, при таком фазовом исключении получаются ХЖКД дисперсии комплексов (дцНК-хитозан).

В докладе показано, как направленное формирование плоских наномостиков, состоящих из чередующихся молекул антибиотика и ионов металла типа «антибиотик -ион металла - антибиотик», между соседними молекулами дцНК или молекулами хитозана, которые входят в состав комплекса с молекулами дцНК в структуре ХЖКД, приводит к формированию новых наноконструкций с уникальными свойствами [2]:

а) Частицы наноконструкций имеют жесткую (не "жидкостную"!) трехмерную структуру, их форма и размер наблюдаемы с помощью атомно-силового микроскопа.

б) Наноконструкции сохраняют аномальную оптическую активность, характерную для окрашенных холестериков, т.е. в спектре кругового дихроизма сохраняются интенсивные полосы, расположенные в области поглощения как дцНК, так и антибиотика.

в) Стабильность наноконструкций определяется не осмотическим давлением растворителя, а зависит от числа и энергии наномостиков между соседними упорядоченными молекулами НК (или хитозана).

г) Структура каждой наноконструкции может рассматриваться как комбинация двух "вставленных друг в друга" холестериков: первый сформирован из молекуд дцНК, а второй - из молекул, образующих наномостики.

Созданные наноконструкции (биоматериал) на основе дцНК весьма перспективны для применений в биотехнологии, медицине, экологии - в качестве полифункционального биодатчика микроскопического размера для обнаружения биологически значимых соединений, которые могут разрушать наномостики, а также в молекулярной биологии и медицине - в качестве носителя генетического материала или биологически активного соединения, входящего в структуру наномостиков.

[1]. Seeman N.C., DNA in a material world, Nature, 43, p.427-431 (2003).

[2]. Евдокимов Ю.М., Захаров M.A., Скуридин С.Г., Нанотехнологии на основе нуклеиновых кислот, Вестник РАН, 76, с.112-120 (2006).