Алгоритм подбирает последовательности ДНК для более надёжной сборки ДНК- и РНК-оригами

Международная группа исследователей под руководством Ньюкаслского университета (Англия) создала вычислительный инструмент, который помогает повысить надёжность сборки ДНК- и РНК-оригами. Работа опубликована в журнале Nature Communications. Модель анализирует последовательности ДНК и заранее находит участки, где возможны нежелательные взаимодействия между фрагментами. Это снижает вероятность ошибок во время самосборки наноструктур.

Метод ДНК-оригами основан на формировании заданных наноструктур из длинной «каркасной» цепи ДНК и множества коротких цепочек (staples). Сначала систему нагревают, затем медленно охлаждают. В этих условиях короткие фрагменты связываются с комплементарными участками каркаса и «сшивают» его в заранее заданную двух- или трёхмерную форму. На практике часть структур собирается с ошибками. Причина в перекрёстных взаимодействиях между цепочками: они могут перехватывать друг друга и уводить процесс на неправильные пути сборки.

Новый алгоритм одновременно подбирает «каркасную» последовательность и размещение коротких цепочек. Это уменьшает вероятность попадания системы в так называемые кинетические ловушки, промежуточные ошибочные конфигурации, где сборка может остановиться. Модель проверили на двухмерных и трёхмерных структурах ДНК-оригами. Конструкции, спроектированные с учётом предсказанных «конфликтных» участков, заметно чаще собирались правильно. Неоптимизированные последовательности при той же геометрической задаче, наоборот, давали высокий уровень неправильной сборки.

Профессор Наталио Красногор (Natalio Krasnogor) объясняет, что вычислительный подход позволяет одновременно учитывать несколько критериев сборки и снижать число нежелательных взаимодействий. Именно они влияют на эффективность и однородность получаемых наноструктур. Инструмент уже используют для подбора наборов «коротких цепочек». Его также можно применять при проектировании устойчивых наноконструкций, в том числе наноконтейнеров для доставки биологических молекул, например мРНК, в клетки.