ДНК-оригами позволяет создавать логических роботов

Посредством логических операторов, материализованных в ДНК-наноструктурах, можно следить за молекулярными изменениями в живой клетке.

Встречая новость о том, что учёные свернули из ДНК некую новую удивительную наноструктуру (скажем, нанокорзинку), мы, конечно, ахаем, но всё же не можем не задаться вопросом о том, зачем, собственно говоря, это нужно. С одной стороны, тут можно сказать, что такие структуры необходимы, чтобы подтвердить те или иные закономерности в физике и химии полимерных молекул. Но есть и более практическое значение: на основе этих нанооригами можно создавать молекулярных роботов.

ДНК-структуры делаются так, чтобы их форма поддерживалась специальными «скрепками» — последовательностями в самой ДНК, которые комплементарны друг другу и за счёт этой комплементарности удерживают структуру собранной. Но её форму можно изменить, если столкнуть ДНК-оригами с молекулой-«ключом», — и таким ключом может быть белок, какая-нибудь другая молекула или наночастица. Если правильный «ключ» провзаимодействует со своей ДНК-структурой, то ДНК-конструкция может, изменив форму, произвести некое нужное действие в организме. Скажем, наноробот высвободит содержащееся в нём лекарство.

А запрограммировать такое устройство можно довольно сложным образом, так что оно будет оценивать окружающие условия согласно логическим правилам AND, OR и пр. Иными словами, логику можно перевести на язык молекул и их взаимодействий, и этот перевод осуществить с помощью ДНК-оригами. Например, оператор AND можно реализовать в роботе, который для выполнения какого-то действия будет требовать взаимодействия с двумя разными молекулами, а оператор OR воплотится в ДНК-машине, требующей лишь какого-то одного входящего сигнала.

В журнале Nature Nanotechnology исследователи из Университета имени Бар-Илана (Израиль) как раз описывают ДНК-оригами для логических операторов AND, OR, NAND («not and», или «И-НЕ»), NOT и других. Учёные не просто сконструировали эти ДНК-оригами, но и проверили их на живом материале — тараканах.

Необходимо уточнить: вовсе не обязательно, чтобы один оператор был заключён в одной ДНК-структуре. В своей работе исследователи использовали трёх ДНК-«роботов», которые несли в себе некие сигнальные молекулы, и в зависимости от взаимоотношений между этими роботами получалась та или иная конфигурация логической программы. В качестве входящих данных ДНК-оператор использовал четыре белка-«ключа». Молекулы, высвобождавшиеся из ДНК-оригами, связывались с определёнными белками в клетке, указывая на их присутствие.

Вот первое, что приходит в голову в связи с полученными результатами: такие ДНК-конструкции можно использовать для диагностики, для отслеживания каких-то физиологических параметров. Однако, надо думать, в будущем ДНК-оригами смогут не только вовремя определять, что не так с нашей физиологией, но и предпринимать ответные лечебные действия.