2010-07-16 22:19:00

Ученые регулируют связь ДНК с золотом при помощи электрического напряжения

4 июля 2010 года ученые из мюнхенского университета Людвига-Максимилиана опубликовали в научном журнале Nature Chemistry статью о новом способе точного позиционирования ДНК на поверхности золота без затратной предварительной подготовки. Способ основывается на методах электрохимии. Благодаря напряжению, подающемуся на золотой электрод, исследователи нажатием кнопки определяют, войдет ли ДНК в химическую связь с атомами золота: при отрицательном напряжении связь происходит, при положительном – нет.

С помощью острия атомно-силового микроскопа (АСМ) биофизики захватывают короткие молекулы ДНК и касаются этим острием золотого электрода в определенном месте. Затем острие снова поднимается. Для того, чтобы увидеть, насколько сильна связь между ДНК и золотом, ученые измеряют силу, необходимую для отделения молекулы от поверхности. Эти силы меньше 1 нН и могут быть измерены только при помощи АСМ.

В экспериментах мюнхенские ученые установили, что от природы отрицательно заряженная молекула ДНК, как ни странно, образует связь с также отрицательно заряженным электродом, в том время как от положительно заряженного электрода она отталкивается. Этот феномен объясняется участием в опытном растворе ионов магния. Их положительный заряд вдвое сильнее, таким образом, они выступают в качестве посредника между ДНК и электродом. К тому же молекулы ДНК могут образовывать соединения только с восстановленными атомами золота, для чего также требуется отрицательное напряжение. Для того, чтобы выяснить механизм связи, ученые применяли вместо ДНК отдельно нуклеотиды тимидин и аденозин – структурные элементы ДНК.

Тимидин, будучи отдельным нуклеотидом, не содержит первичной аминовой группы (-NH2). И если аденозин прочно фиксировался на золоте, то тимидин отнимался от поверхности без всякого усилия. Эти и другие наблюдения доказывают, что нуклеотиды с их первичной аминовой группой образуют соединение с атомами золота. По мнению ученых, возможность контролируемо присоединять фрагменты ДНК к поверхности дает новый инструмент для целенаправленного построения наноструктур, либо для фиксации ДНК в неподвижном состоянии. Эта управляемая с помощью электрического напряжения адгезия может найти применение и в биосенсорике, и в так называемом ДНК-оригами.