2. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ - ОСНОВА ДЛЯ СОЗДАНИЯ НАНОКОНСТРУКЦИЙ

Возможность применения нуклеиновых кислот для создания наноконструкции с регулируемыми параметрами основана на учете ряда свойств, характерных только для этих молекул:

а) одно - и двухцепочечные молекулы нуклеиновых кислот с заранее заданными последовательностями азотистых оснований могут быть получены в промышленных масштабах средствами современной биотехнологии;

б) высокая локальная жесткость коротких (длиной 500 - 1000?) молекул двухцепочечных нуклеиновых кислот при нормальных свойствах растворителя позволяет использовать такие молекулы в качестве «строительных блоков» без нарушения их свойств;

в) гибкая, одноцепочечная нуклеиновая кислота «узнает» комплементарную ей другую цепочку и за счет Н-связей образует с ней прочный комплекс, что открывает возможность для получения жесткой двухцепочечной структуры;

г) формирование мест «разветвления» в составе двухцепочечных молекул нуклеиновых кислот в сочетании с комплементарными (узнающими, «липкими») концами позволяет создавать плоские решетки и сложные пространственные структуры;

д) предсказываемый и заранее программируемый характер пространственных форм жестких молекул двухцепочечных нуклеиновых кислот при изменении свойств растворителя и характер межмолекулярного взаимодействия в разных условиях открывают путь для направленной регуляции свойств создаваемых пространственных конструкций;

е) азотистые основания в пространственных структурах нуклеиновых кислот сохраняют способность не только к взаимодействию с разными химическими соединениями и биологически активными веществами, но и к их специфической ориентации относительно длинной оси молекулы нуклеиновой кислоты, что придает всей конструкции дополнительную химическую реакционную способность.

Наноконструирование на основе двухцепочечных нуклеиновых кислот, т.е. направленное создание сложных пространственных структур (наноконструкции, наноматериалов) с регулируемыми свойствами, «строительными блоками» которых являются молекулы двухцепочечных нуклеиновых кислот (ДНК или РНК), вызывает в последнее время большой интерес исследователей [4-8].

В настоящее время описаны несколько стратегий создания наноконструкций на основе двухцепочечных нуклеиновых кислот, позволяющих контролировать структуру наноматериалов с молекулярной точностью.

В основе технологии создания наноконструкции, предложенной Н.Зиманом [9] в 1982г., лежит представление о создании пространственных структур в результате последовательной модификации исходной молекулы двухцепочечной ДНК, приводящей вначале к созданию плоской нанорешетки, а затем структур типа куба, октаэдра и т.д., ребрами жесткости, которых являются молекулы ДНК. В состав таких пространственных структур предполагается включать молекулы «гостей», что будет придавать по мнению авторов, наноконструкции новые, полезные свойства. Тем не менее, важнейшая задача наноконструирования - создание пространственных конструкций с управляемыми свойствами, содержащих в своем составе молекулы других соединений (гостей), не решена в рамках рассмотренной технологии. Эта технология, является трудоемкой, ресурсозатратной, она требует непрерывного контроля «качества» каждой из стадий процесса наноконструирования.

Физическая химия двухцепочечных нуклеиновых кислот и их комплексов свидетельствуют о том, что существуют другие, более простые способы упорядочения соседних молекул нуклеиновых кислот.

В основе технологий создания наноконструкций, разработанных в Институте молекулярной биологии РАН [10], которые в принципе отличаются от технологии Н.Зимана, лежит представление о возможности создания пространственных структур нуклеиновых кислот в результате различных вариантов самопроизвольного упорядочения соседних молекул нуклеиновых кислот (или комплексов нуклеиновых кислот) при их фазовом исключении.