Avtor slike: Dudzikr
Datum objave: 14.03.2022
Kategorija: Interdisciplinarne raziskave, Naš prispevek k ciljem trajnostnega razvoja OZN
Cilji trajnostnega razvoja: 4 Kakovostno izobraževanje, 9 Industrija, inovacije in infrastruktura, 17 Partnerstva za doseganje ciljev (kazalniki)
Pri razvoju materialov za različne bio-nanoaplikacije lahko izkoristimo mehanizme samozdruževanja DNA, npr. dejstvo, da se kratka zaporedja nukleotidov DNA (oligonukleotidi), ki so bogata z nukleinsko bazo gvanin, organizirajo v podolgovate nanostrukture imenovane gvaninske žičke oz. G-žičke. Za optimizacijo lastnosti G-žičk je ključno razumevanje njihove notranje strukture in mehanizma nastanka, ki sta oba trenutno še dokaj slabo poznana.
Raziskovalci s Fakultete za kemijo in kemijsko tehnologijo ter Fakultete za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani so skupaj z raziskovalci s Kemijskega inštituta (Nacionalni center za NMR spektroskopijo visoke ločljivosti, Odsek za kemijo materialov), Instituta Jožefa Stefana (Odsek za kompleksne snovi), Fakultete za strojništvo Univerze v Mariboru, Mednarodne podiplomske šole Jožefa Stefana in Centra odličnosti EN-FIST s pomočjo jedrske magnetne resonance (NMR) razkrili, kako se izbrani kratki, z gvanini bogati (G-bogati) oligonukleotidi DNK, samozdružujejo do G-žičk in tako dobili vpogled v obnašanje teh nanostruktur na molekularnem nivoju. Za nadaljnjo sistematično karakterizacijo G-žičk so uporabili komplementarne metode, kot sta optični metodi merjenja cirkularnega dikroizma (CD) in dinamičnega sipanja svetlobe (DLS) ter tehnike nanoskopskega slikanja materialov, kot so mikroskopija na atomsko silo (AFM), vrstična elektronska mikroskopija (SEM) in transmisijska elektronska mikroskopija (TEM). Ključni korak razkritega, sofisticiranega mehanizma samozdruževanja kratkih DNK oligonukleotidov do G-žičk, je strukturna preureditev kinetično kontroliranega gvaninskega kvadrupleksa (G-kvadrupleks) v termodinamsko preferenčni G-kvadrupleks. G-kvadrupleksi so štirivijačne strukture, katere lahko tvori z gvanini bogata DNA. Razumevanje podrobnosti omenjenega mehanizma jim je omogočilo nadzorovano načrtovanje samozdruževanja oligonukleotidov do G-žičk. Pokazali so, da je lastnosti nastalih G-žičk, kot sta njihova dolžina in termična stabilnost, možno kontrolirati s spreminjanjem vrste ostankov v zankah. Računalniške simulacije molekularne dinamike (MD) so omogočile dodaten vpogled, zakaj ostanki v zankah z znatno različnimi lastnostmi, kot so afiniteta za vodikove vezi, interakcije nalaganja, elektronski učinki in hidrofobnost, vplivajo na povečanje ali zmanjšanje dolžine G-žičk.
Avtorica slike: Daša Pavc (Kemijski inštitut)
Opisano odkritje je pomembno tako za nadaljnji razvoj nanotehnologij na osnovi DNA, kot tudi za poglobljeno razumevanje temeljnih lastnosti G-kvadrupleksnih agregatov, ki lahko nastanejo v različnih bioloških procesih. Rezultati študije so bili objavljeni v prestižni znanstveni reviji Nature Communications v obliki raziskovalnega članka z naslovom ‘Razumevanje samozdruževanja DNA na molekularnem nivoju omogoča nadzorovano načrtovanje G-žičk različnih lastnosti’, katerega avtorji so: Daša PAVC, Nerea SEBASTIAN, Lea SPINDLER, Irena DREVENŠEK-OLENIK, Gorazd KODERMAN PODBORŠEK, Janez PLAVEC in Primož ŠKET.