В микромире, обнаруживается масса «наномоторов», то есть, миниатюрных и эффективных механизмов, приводящих во вращение жгутики и обеспечивающих движение, скажем, бактериальной клетки.
Некоторые из этих «биомоторов», считается, используют в своей работе квантовый туннельный эффект. Вкратце объясним, как это происходит. При прохождении тончайшей иглы (на конце – не толще атома) близко над поверхностью образца часть электронов из него «перепрыгивает» через вакуум, создавая ток от образца к игле. Величина тока сильно меняется в зависимости от дистанции, так что малейшие перепады на поверхности образца можно зафиксировать
Туннельный эффект можно использовать и для приведения в действие искусственно созданных наномоторов. Ученые смоделировали структуру, состоящую из короткой углеродной нанотрубки, к которой прикреплены 3 или 6 молекул-«ножек», заканчивающиеся «лопастями», проводящими ток
И с каждым таким «проскоком» ротор вращается на 120 или 60 градусов, в зависимости от числа «ножек». Дело в том, что появление заряда на одной лопасти и его исчезновение на другой создает кратковременный дипольный момент на роторе в целом. И этот диполь моментально стремится выровняться во внешнем поле, которое также создают электроды.
Структура эта очень похожа на колесо старинной водяной мельницы. Но работает она намного хитрее: между неподвижно закрепленными электродами и подвижными лопастями время от времени проскакивает электрон. Работать она сможет и при обычной температуре
Ученые из университета Райса уже создали наименьшую в мире движущуюся наносистему – наномашину, которая ездит как настоящие легковые машины.
Ширина наноавтомобиля — 4 нанометра, чуть больше, чем толщина ДНК. Он имеет раму и оси, к которым и присоединены химическими связями фуллерены.
Исследователи придумали оригинальный метод приведения в движение наномашины: они нагрели ее до 200° С, что вызвало вращение фуллеренов на химических связях, соединяющих их с «рамой машины». От вращения четырех молекул наносистема пришла в движение и смогла катиться по плоской золотой поверхности.
Чтобы убедиться в том, что машина действительно «ездит», а не скользит, и ее передвижения связаны с вращением фуллеренов-колес, ученые использовали сканирующую туннельную микроскопию (СТМ). Каждую минуту ученые получали СТМ снимки машины, доказывающие, что колеса действительно вращаются, и благодаря их вращению машина может ехать
Перенос ДНК в клетку при которой не происходит повреждения клеточной мембраны выполняется путем трансдукции, контролируемым процессом в котором передаточным звеном служат векторы, прикрепляющиеся к клеточной стенке и облегчающие проникновение внутрь клетки. В этом состоит ее отличие от трансфекции, при которой производится разрыв клеточной мембраны, и внедрение ДНК происходит с помощью физических или электролитических методов. Векторы для передачи обычно получают из основных цепей нуклеиновой кислоты вируса, поскольку они более эффективны, чем невирусные препараты. Часть вирусной нуклеиновой кислоты, которая управляет прикреплением и проникновением в клетку, сохраняется, а клеточная мембрана остается
Одними из лучших носителей для введения чужеродной информации в животную клетку являются вектора на основе ретровирусов, например, на основе вируса лейкоза мышей. Они обеспечивают высокоэффективный перенос генов и их стабильное встраивание в хромосому клеток-мишеней. В основном трансформации животных клеток осуществляют либо с помощью ретровирусов (около 40% от всех трансформаций), либо путем упаковки ДНК в липосомы (25%), реже используют аденовирусы, так как они могут вызывать сильный иммунный ответ, кроме того, невозможно их повторное введение.
Если проблема доставки чужеродной ДНК in vitro практически решена, а ее доставка в клетки-мишени разных тканей in vivo успешно решается (главным образом путем создания конструкций, несущих рецепторные белки, в том числе и антигены, специфичные для тех или иных тканей), то другие характеристики существующих векторных систем - стабильность интеграции, регулируемая экспрессия, безопасность — все еще нуждаются в серьезных доработках.
Прежде всего это касается стабильности интеграции. До настоящего времени интеграция в геном достигалась только при использовании ретровирусных либо аденоассоциированных векторов. Повысить эффективность стабильной интеграции можно путем совершенствования генных конструкций типа рецептор-опосредованных систем, либо путем создания достаточно стабильных эписомных векторов (то есть ДНК-структур, способных к длительной персистенции внутри ядер).
В последнее время особое внимание уделяется созданию векторов на базе искусственных хромосом млекопитающих (MAC - mammalian artificial chromosomes). Благодаря наличию основных структурных элементов обычных хромосом такие мини-хромосомы длительно удерживаются в клетках и способны нести полноразмерные (геномные) гены и их естественные регуляторные элементы, которые необходимы для правильной работы гена, в нужной ткани и в должное время. Такие искусственные хромосомы уже созданы для дрожжей (YAK), так как геном дрожжей полностью картирован.
Для идентификации модифицированных клеток, необходимы маркеры. Если трансформируют соматические клетки, то применяют обычно селективные маркеры. Аксель с коллегами из колледжа терапии и хирургии Колумбийского университета исправили таким образом генетический дефект клеток мыши. Они взяли фрагмент ДНК, содержащий ген тимидинкиназы (ТК), который получен из вируса герпеса, смешали эту ДНК с несколькими миллиграммами ДНК-носителя из спермы лосося и осадили ДНК на культуру L-клеток мыши, в которых ген ТК отсутствовал (ТК-). С частотой 1 на 100000 клетки приобретали ген ТК, поэтому на селективной среде, которая не позволяла расти ТК- - клеткам, росли и нормально размножались ТК+ - клетки.
Другой селективный маркер - ген, кодирующий дигидрофолатредуктазу (ДГФР), можно использовать при трансформации немутантных линий клетки. Благодаря экспрессии многих копий этого гена животная клетка вместе с плазмидой приобретает устойчивость к высоким концентрациям ингибитора фермента, и таким образом трансформантов можно отбирать при высоких концентрациях ингибитора.
Разработано еще два универсальных вектора, содержащих генные маркеры, работающие в нормальных клетках. Они построены по одному и тому же принципу: прокариотические гены, определяющие фенотип трансгенных клеток, соединены с эукариотическими регуляторными сигналами.
Один из векторов состоит из прокариотического гена устойчивости к антибиотику неомицину, встроенного в раннюю область генома SV-40. Эукариотические клетки чувствительны к аналогу неомицина G 418, который инактивируется продуктом гена. Таким образом клетки, прошедшие трасфекцию приобретают способность расти на среде, содержащей G 418.
Использованная литература
1. А.Н. Смирнов. Генерация акустических колебаний в химических реакциях.// Российский химический журнал. – 2001, Т.45. – С. 29-34.
2. Грешников В.А., Дробот Ю.Б. Акустическая эмиссия.// М.: изд-во Стандартов. – 1976. – 272 с.
3. Георгобиани А.Н. Электролюминесценция полупроводников и полупроводниковых структур.// Соросовский образовательный журнал. – 2000, Т 6, № 3. – С. 105-111
4. Электролюминофор (производства Китай)// Цит. по http://promo-china.ru/?p=116
5. Молекулярный автомобиль ездит под микроскопом// Цит. по http://www.nanonewsnet.ru/articles/2005/molekulyarnyi-avtomobil-ezdit-pod-mikroskopom
6. Свидиненко Ю. Нанорепликаторы./ Цит. по http://www.nanonewsnet.ru/articles/2007/nanoreplikatory
7. На квантовой тяге: двигатели нанороботов// Цит. по http://www.popmech.ru/article/4740-na-kvantovoy-tyage/
8. Артур Р. Томпсон. Генная терапия при гемофилии.//Серия монография «Лечение гемофилии», № 18. – Всемирная федерация гемофилии, 1999.
9. Биотехнология. Раздел "Генная инженерия" Введение генов в клетки млекопитающих.// Цит. по http://www.biotechnolog.ru/ge/ge11_1.htm