28 Ventil 22 /2016/ 1 NOVICE - ZANIMIVOSTI Človeštvo pozna in uporablja vozle že od pradavnine. Vozle se naučimo zavezati kot otroci in jih uporablja- mo za privezovanje ladij, za izdela- vo tkanin ter drugih uporabnih in umetniških izdelkov. Iz vsakdanjega življenja vemo, da je za zavezovanje vozla pomemben vrstni red križanja koncev vrvice, npr. pri zavezovanju vezalk ali pletenju nogavic. Razisko- valci Laboratorija za biotehnologijo na Kemijskem inštitutu pod vod- stvom prof. Romana Jerale poro- čajo o iznajdbi načina za pripravo molekulskih struktur, kjer se veriga molekule križa več kot 30-krat. Kot vemo iz vsakdanjih izkušenj z voz- li, je pomemben pravilni vrstni red prekrižanja vrvice, če želimo zavezati želeni vozel. Za razliko od ročnega zavezovanja vozlov v vsakdanjem življenju pa na nanometrski skali želimo, da se molekule zavežejo v vozle same od sebe. To lahko dose- žemo tako, da v zaporedje polimer- ne molekule vgradimo informacijo o želeni končni strukturi in vrstnem redu križanja koncev verige, kar je novost tega dela. Za material so iz- brali deoksiribonukleinsko kislino (DNK), ki je v naravi običajno nosi- lec dednega zapisa. V zadnjih treh desetletjih so namreč znanstveniki pokazali, da lahko uporabimo DNK tudi kot pameten gradbeni material za tvorbo popolnoma novih struktur in oblik, na primer tudi za izdelavo nanometrskega zemljevida Sloveni- je. Za sestavljanje nanostruktur DNK običajno potrebujemo več kemijsko sintetiziranih verig in dolgotrajno počasno ohlajanje, kar ni najbolj teh- nološko uporabno. Raziskovalci Ke- mijskega inštituta so določili pravila, ki omogočajo, da se DNK sama od sebe zavozla v želeno obliko pirami- de ali drugih struktur. Odkrili so, da je ključno, da na vsaki stopnji ostane prost vsaj en konec verige DNK, tako da se ta lahko kot nit uvije skozi ob- stoječe zanke v nastajajoči strukturi. Vid Kočar, doktorski študent in prvi avtor publikacije, objavljene v Na- ture Communications, je pripravil načrt za štiristrano piramido, sesta- vljeno iz ene same verige DNK. Za- snoval je šest dizajnov piramide, ki so bili sestavljeni iz enakih segmen- tov DNK, ki tvorijo stranico piramide. Segmenti so bili v različnem vrstnem redu povezani v eno verigo, pri če- mer je le optimalni dizajn upošteval pravilo prostih koncev, vrstni red po- vezovanja pa je predstavljala stabil- nost posameznih stranic piramide. Izkazalo se je, da se je samo DNK na osnovi optimalnega dizajna hitro zvila v pričakovano strukturo. Če so DNK z visoke temperature hitro pre- stavili na led ali celo v tekoči dušik, se je le optimalni dizajn zvil brez te- žav. V raziskavi je imelo pomembno vlogo modeliranje, pri katerem sta sodelovala raziskovalca z Univerze v Oxfordu prof. Jonathan Doye in John Shreck ter matematika Uni- verze v Ljubljani in Univerze na Primorskem prof. Tomaž Pisanski in študent Nino Bašić. Avtorji raziskave menijo, da bo po- glavitna uporaba te inovativne teh- nologije pri načrtovanju vozlov na osnovi proteinov kot nadaljevanje dela na proteinskih nanostrukturah, ki so jih raziskovalci Kemijskega in- štituta razvili pred dobrima dvema letoma in rezultate objavili v reviji Nature Chemical Biology. Ker so vozli v tehnologiji zelo uporabni, pričakujejo, da bodo s pomočjo molekulskih vozlov uspeli pripraviti nanomateriale, ki bodo bolj trdno povezani in bodo imel druge zani- mive lastnosti. Prof. dr. Roman Jerala Kemijski inštitut, Ljubljana Molekulski vozli: izum priprave hitrega spontanega zvitja molekulskih nanostruktur Vsem je poznano, da vozel za- vežemo z določenim vrstnim redom križanja koncev vrvice. Kako pa zavežemo v vozle mo- lekule, ki merijo nanometre? O strategiji načrtovanja molekul, ki se v določenem vrstnem redu sestavijo v visoko zavozlane na- nometrske strukture, poročajo raziskovalci Kemijskega inštituta. Zasnovali so piramido iz DNK, katere stranice merijo 5 nano- metrov, in dokazali, da se zelo hitro spontano zvije v želeno nanostrukturo. Avtorji raziskave, v kateri so sodelovali sintezni in strukturni biologi, matematiki in molekulski modelerji, menijo, da bodo molekulski vozli omogočili pripravo nanomaterialov z zani- mivimi lastnostmi. Primerjava tvorbe vozlov v vsakdanjem življenju ter načrtovanega zaporedja povezovanja DNK segmentov za spontano tvorbo zavozlane nanometrske štiristrane piramide. Foto: Roman Jerala