Биоинформатики из МГУ имени М.В. Ломоносова в составе международной коллаборации разработали алгоритм компьютерного моделирования трёхмерных конструкций из ДНК. Cложенные из ДНК нанороботы могут найти применение в медицине и электронике. Новый инструмент для моделирования доступен в форме веб-сервиса. Исследование проходило в рамках направления «Биологическая информация» проекта «Ноев Ковчег», а его результаты опубликованы в журнале Nucleic Acids Research.
Молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты представляет собой две длинных цепочки из нуклеотидов. Цепочки ДНК связаны между собой водородными связями, причем нуклеотид аденин всегда образует связи с тимином, а цитозин — с гуанином. Трёхмерная структура всей двухнитевой спирали зависит от порядка расположения этих пар в спирали. Если создавать такую последовательность искусственно, то можно конструировать различные трёхмерные конструкции из ДНК — на этом принципе основана технология ДНК-оригами.
«Нарисовать проект сложных конструкций ДНК-оригами, особенно объемных и динамических, например, коробочек для доставки лекарств, которые будут открываться и закрываться, очень сложно, потому что программа для создания таких проектов предполагает, что вы там рисуете двумерные развертки. Если проект сложный, очень легко где-то что-то напутать и сгенерировать такой проект, который просто не соберется», — прокомментировал порталу gazeta.ru аспирант факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ Артур Залевский.
Для создания такого алгоритма потребовались огромные вычислительные мощи суперкомпьютерного комплекса МГУ «Ломоносов-2». Учёные рассчитывали движение и попарные взаимодействия около миллиона частиц — на обычных компьютерах вычисления заняли бы огромное время. Версия алгоритма, доступная онлайн, несколько упрощена: в ней группы атомов объединены в условные модули, действующие как единое целое. Такой подход позволяет многократно упростить систему и вычислительные процессы в алгоритме.
Исследователи не только разработали новый алгоритм, но и экспериментально оценили его точность. Для этого они сканировали несколько молекул с помощью атомно-силового микроскопа и сравнили их пространственную структуру с предсказанными программой. По результатам проверки оказалось, что точность моделирования достаточно велика.
Новый алгоритм возможно применять для конструирования нанороботов из ДНК, с помощью которых будет возможно решать ряд прикладных задач. Например, такие конструкции можно использовать как курьеров, которые адресно доставляют лекарство и высвобождают его в строго определенном месте.
Источник: gazeta.ru