اوریگامی DNA می تواند برای ایجاد ذرات ویروس مانند سفارشی استفاده شود

مهندسان زیستی راهی برای برنامه ریزی اندازه و شکل ذرات ویروس با ترکیب بلوک های سازنده پروتئین ویروسی و الگوهای ساخته شده از DNA پیدا کرده اند. نانوساختارهای حاصل می‌توانند در ساخت واکسن و انتقال داروها به داخل بدن کاربرد داشته باشند.

پروتئین‌های کپسید ویروس – پروتئین‌هایی که از ژنوم یک ویروس محافظت می‌کنند – می‌توانند برای ساخت مجموعه‌های پروتئینی با ساختار دقیق استفاده شوند. با این حال، شکل و هندسه آنها تا حد زیادی به سویه ویروس بستگی دارد. برنامه ریزی مجدد این مجموعه ها، بدون توجه به طرح اولیه ویروسی، یک امکان جالب برای تحویل دارو و توسعه واکسن است.

دانشمندان با تولید یک الگوی «ژنوم ساختاریافته» که پروتئین‌های کپسید می‌توانند روی آن جمع شوند، با این چالش مقابله کردند. برای جلوگیری از تغییر شکل ژنوم انعطاف پذیر و ایجاد اشکال ناخواسته، آنها از ساختارهای اوریگامی DNA سفت و سخت استفاده کردند. طول این ساختارها تنها ده ها تا صدها نانومتر است، اما تماماً از DNA ساخته شده است که با دقت به شکل قالب مورد نظر تا می شود.

رویکرد ما مبتنی بر برهمکنش‌های الکترواستاتیکی بین بار منفی نانوساختارهای DNA و یک دامنه باردار مثبت از پروتئین‌های کپسید است که با برهمکنش‌های ذاتی بین تک پروتئین‌ها جفت می‌شود. با تغییر مقدار پروتئین مورد استفاده، می‌توانیم تعداد لایه‌های پروتئینی بسیار مرتب را که اریگامی DNA را در خود محصور می‌کنند، تنظیم کنیم.

آیریس سیتز، نویسنده اصلی و محقق دکترا در دانشگاه آلتو

با استفاده از اوریگامی DNA به عنوان یک الگو، می‌توانیم پروتئین‌های کپسید را به اندازه و شکلی که کاربر تعریف می‌کند هدایت کنیم، و در نتیجه مجموعه‌هایی به‌خوبی تعریف شده‌اند، هم از نظر طول و هم از نظر قطر. Seitz اضافه می کند که با آزمایش انواع ساختارهای اوریگامی DNA، ما همچنین یاد گرفتیم که هندسه الگوها چگونه بر کل مجموعه تأثیر می گذارد.

پروفسور Juha Huiskonen، دانشمند همکار توضیح می دهد: «با کمک تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی برودتی، ما توانستیم پروتئین های بسیار مرتب را در هنگام مونتاژ تجسم کنیم و با آن، تغییرات کوچکی را در هندسه مجموعه ناشی از الگوهای مختلف اندازه گیری کنیم. از دانشگاه هلسینکی

ما یک استراتژی ساده اما موثر برای (باز) هدایت پروتئین های کپسید به شکل دلخواه پیدا کرده ایم. رویکرد ما سازگار است و بنابراین به یک نوع پروتئین کپسید محدود نمی شود، همانطور که با پروتئین های کپسید از چهار ویروس مختلف نشان دادیم. علاوه بر این، ما می‌توانیم الگوی خود را به گونه‌ای تغییر دهیم که بیشتر با کاربرد مرتبط باشد، به عنوان مثال با ادغام RNA در اوریگامی، که می‌تواند متعاقباً به پروتئین‌های مفید یا مخصوص سایت ترجمه شود.

اگرچه ساختارهای اوریگامی DNA یک ماده امیدوارکننده برای اتصال به سیستم های بیولوژیکی هستند، اما از ناپایداری رنج می برند، به ویژه در حضور آنزیم های تجزیه کننده DNA.

با این حال، در آزمایش‌ها، ما به وضوح می‌توانیم مشاهده کنیم که لایه پروتئین به طور موثری از نانوساختارهای DNA محصور شده در برابر تخریب محافظت می‌کند. با ترکیب حفاظت با خواص عملکردی اسید نوکلئیک اوریگامی، از جمله امکان تحویل DNA یا RNA پیام رسان همراه با مولکول های محموله دیگر، ما معتقدیم که رویکرد ما جهت های آینده جالبی را برای مهندسی زیست پزشکی ارائه می دهد.

این کار به طور مشترک در دانشگاه آلتو (فنلاند) با محققان دانشگاه هلسینکی (فنلاند)، دانشگاه گریفیث (استرالیا)، دانشگاه تامپره (فنلاند) و دانشگاه توئنته (هلند) انجام شد.