Цивилизация
Казанские ученые предложили способ, который помогает стабилизировать ДНК. Вместо традиционного, но неидеального для таких целей замораживания они заключили молекулу в оболочку из полимерных «деревьев». Такой подход позволил сохранить ДНК в воде при комнатной температуре и поможет при создании продуктов и технологий, основанных на применении нуклеиновых кислот: например ДНК-вакцин, сенсоров и лекарственных препаратов. Статья по работе, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликована в International Journal of Molecular Sciences.
На основе молекул ДНК разрабатывают высокочувствительные датчики, вакцины от тяжелых заболеваний и даже лекарства. Практически в любой биологической или медицинской лаборатории так или иначе работают с ДНК, а потому важно иметь способы ее сохранения.
Чаще всего нуклеиновую кислоту замораживают, но при этом высока вероятность повреждения и так неидеальных образцов. Гораздо безопаснее заключать ее в полимерную оболочку. Последняя может иметь разнообразную структуру, форму и свойства. Один из вариантов — похожие на небольшие деревца с пышными ветвями дендримеры. Основаниями своих «стволов» (их называют ядрами) они прикрепляются к компактизированной молекуле ДНК, образовывая дендриплексы — они используются и для доставки лекарственных препаратов.
Ученые из Химического института имени А. М. Бутлерова Казанского (Приволжского) федерального университета (Казань) взяли в качестве основы оболочки часто применяемый полиамидоаминный (ПАМАМ) дендример. Получить его довольно сложно, но подход, предложенный авторами, позволил синтезировать вещество с выходами 97-98% всего лишь в две стадии. Также химики улучшили «ствол» дендримера: изначально он проявлял токсичность к клеткам, а потому применение его было ограничено. Его замена на более безопасный тиакаликсарен решила эту проблему, а также придала новые свойства дендримеру. Сам по себе ПАМАМ гидрофильный, то есть взаимодействует с водой, а тиакаликсарен — гидрофобный, то есть «прячется» от нее. Такое сочетание позволяет всей конструкции вместе с заключенной внутри ДНК оставаться стабильной в водных растворах, но за счет свойств «ствола» не пропускает их к нуклеиновой кислоте. Это авторы подтвердили в ходе своих экспериментов с наследственным материалом из молок лосося. ДНК рыбы оставалась стабильной в воде даже при комнатной температуре — весьма некомфортные условия для материала от холодолюбивого животного.
«Таким образом, «замена» ядра позволила нивелировать недостатки известных ПАМАМ-дендримеров и придать им ранее недоступные свойства. Новые соединения требуют значительно меньше трудовых и экономических затрат, а внедрение такого метода инкапсуляции позволит разрабатывать более эффективные системы доставки, стабилизации и хранения ДНК. В дальнейшем мы планируем применить полученные дендримеры в ДНК-сенсорах. Наша разработка может быть востребована и при создании вакцин для профилактики опасных заболеваний человека, в частности COVID-19», —добавил руководитель проекта по гранту РНФ Иван Стойков, доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой органической и медицинской химии Химического института имени А. М. Бутлерова Казанского (Приволжского) федерального университета.