Оренбургский государственный университет

Создание и исследование наноразмерных структур на поверхности ДНК

По госконтракту № 02.442.11.7263 с Роснаукой по теме: "Создание и исследование наноразмерных структур на поверхности ДНК" (Руководитель к.ф.-м.н. Никиян А.Н.) в 2006 году получены следующие основные результаты.

Исследовано взаимодействие органических красителей различных классов с макромолекулами нуклеиновых кислот и установлено, что в результате кооперативного связывания лигандов с полианионами на наружной стороне макромолекул образуются плоские органические наноструктуры. Устойчивые субмикронные молекулярные структуры имеют размеры 150*50*5 нм³ с числом молекул красителей в них до 1,5·10⁴. Определены критические концентрации самоагрегации молекул красителей в растворах полианионов, исследована динамика образования молекулярных агрегатов и их распределение вдоль макромолекул нуклеиновых кислот. Показано, что из отдельных наноструктур, при высоких концентрациях красителей, могут формироваться микрокристаллы, стерически экранирующие полимерную цепь ДНК.

В отношении взаимодействия резорцинольных липидов с макромолекулами нуклеиновых кислот определена критическая концентрация самоагрегации молекул гексилрезорцина в растворе ДНК. Исследована зависимость степени связывания от концентрации компонентов и температурных условий, показана организация молекул резорцинольных липидов вокруг ДНК с формированием гидрофобной среды, исследована динамика образования молекулярных агрегатов (поперечные размеры 300÷600 нм и 50÷150 нм в высоту) и их распределение вдоль макромолекулы ДНК. Показано, что из отдельных наноструктур при длительной инкубации могут формироваться иглоподобные структуры с упорядоченным расположением полимерных цепей ДНК. Размеры их составляют от 200 нм до 2 мкм в высоту, от единиц до десятков микрометров в диаметре и длиной от десятков до сотен микрометров. Полученные результаты являются прямым доказательством взаимодействия низкомолекулярных ауторегуляторных d₁-факторов с ДНК, а в общебиологическом смысле должны рассматриваться как пример ДНК-липидных взаимодействий, в последние годы привлекающих все больший интерес широкого круга исследователей. Взаимодействие с гексилрезорцином приводит к повышению устойчивости ДНК к экстремальным воздействиям (повышение температуры, УФ-облучение), а также замедлению гидролитических процессов. На основании описанных выше результатов и теории В-А-перехода ДНК предложена модель взаимодействия между макромолекулой биополимера и низкомолекулярными соединениями.

Созданы наноразмерные структуры, формирующиеся при взаимодействии молекул ДНК, органических красителей и резорцинольных липидов с учетом температуры, концентрации компонентов, времени инкубации растворов, а также времени предынкубации двух компонентов перед внесением третьего. Получены трехкомпонентные иглоподобные структуры, состоящие из молекул ДНК, гексилрезорцина и красителей – родамина 6Ж, метиленового голубого и акридинового оранжевого. Оптимальный диапазон температуры инкубации составил 4-6°С, время инкубации ~2 недели.

Отработаны методики пробоподготовки и исследования формирования наноструктур с помощью атомно-силовой микроскопии.

Представленная научная работа по уровню выполнения не уступает аналогичным исследованиям в данном направлении, проводимым в Российской Федерации и за рубежом, а полученный результат полностью соответствует поставленной цели.