Liepos 24d. Trečiadienis

DNR nanotechnologija – XXIa. panacėja?

2013 Rugpjūčio 14d.
Peržiūrų skaičius: 23938

Visas gyvybės pamatas slepiasi po keturių „raidžių“ (A, T, G, C) kombinacija DNR molekulėje. Iš pradžių buvo nustatyta, kad organizmų požymiai yra paveldimi pagal tam tikrus dėsnius. Vėliau atrasta, kad veiksniai, atsakingi už paveldimų požymių perdavimą, yra branduolyje. Ir galiausiai išsiaiškinta, kad būtent DNR molekulė yra atsakinga už genetinės informacijos saugojimą ir perdavimą. Tai viena svarbiausių, jei ne pati svarbiausia, atrasta biologinė molekulė. Tačiau, ar čia jau pabaiga? Ar galima teigti, kad pagaliau išsiaiškintos DNR molekulės funkcijos, ar reikėtų „reikalauti“ kažko daugiau? Atsakymas – reikėtų. Potencialios DNR galimybės turbūt neturi ribų ir yra daug žadančios medicinos bei kitose srityse.

Pastaruoju metu vis sparčiau vystosi nanobiotechnologijos mokslas, galintis itin pagerinti žmonijos gyvenimo kokybę. Terminas „nanobiotechnologija“ leidžia suprasti, kad šis mokslas – gyvojo pasaulio ir technologijų sintezė mikroskopiniame lygmenyje. Ši technologijų sritis siejasi su „atviromis sistemomis“, kurios, priešingai nei uždaros, itin glaudžiai susijusios su aplinka ir jos veiksniais. Atomo ar molekulės elgesys yra nulemtas kitų veiksnių, tokių kaip energijos priėmimas ar atidavimas, fizikinė būsena, organizacijos lygmuo ir kita. O tai reiškia, kad tie patys komponentai gali visiškai skirtingai „elgtis“ priklausomai nuo aplinkos, į kurią jie pateko. Tokios sudėtingos atvirų sistemų savybės reikalauja neišsenkančios mokslininkų, dirbančių šioje srityje, vaizduotės ir kritinio mąstymo kombinacijos. Dėl to nanobiotechnologijos vis dar yra tarsi vystymosi ir daug vilčių žadančioje stadijoje.

Nanobiotechnologijos objektą tyrinėja nanoskalės (10-9m) ribose, susikoncentruojant į įvairiausius biologinius procesus. Ši technologijų sritis apima struktūras, sukurtas ne vieną milijardą metų trunkančios natūralios atrankos. Minėtosios struktūros yra ne kas kita, o biologinės molekulės (DNR, RNR, baltymai ir kitos). Norint aptarti visus pasiekimus šioje mokslo srityje, turbūt neužtektų ir ištisos knygos, dėl to šiame straipsnyje labiausiai bus susikoncentruota į DNR nanotechnologijas. Ši sritis aprėpia tam tikro pobūdžio inžineriją – atrenkamos dominančios DNR molekulių sekos ir kuriami specifinių struktūrų dariniai.

KODĖL DNR?

DNR suteikia galimybę konstruoti nuspėjamą ar norimą nanostruktūrą. Pirma, remiantis komplementarumo (papildymo) principu, pakankamai nesunku užprogramuoti susijungimui tam tikrus, dominančius fragmentus. Svarbu paminėti, kad tam tikru būdu suformuoti vadinamieji „lipnūs DNR galai“ užtikrina ne tik norimą molekulių sujungimą ir įvairių geometrinių figūrų formavimą, bet ir produkto struktūrą, t. y. B formos DNR, kuri pakankamai gerai ištyrinėta. Antra, yra galimybė sujungti pasirenkamas sekas iš daugiau nei 100 „raidžių“. Trečia, gamta aprūpino mus fermentais – „įrankių dėže“, kurių dėka įmanoma atrankiai manipuliuoti šia molekule (fragmentai gali būti sujungti tam tikra norima tvarka, prakerpami specifinėse vietose, taip pat galima keisti jų topologiją). Visa tai padaro DNR struktūriškai, chemiškai ir funkciškai nuostabia medžiaga nanobiotechnologijų srityje.

NUO KO VISKAS PRASIDĖJO?

Revoliucija, vardu „DNR nanotechnologija“, prasidėjo dėka Seeman‘o bei jo kolegų 1980-aisiais ir tęsiasi iki dabar. Pradžioje buvo kubas. DNR fragmentai buvo sujungti panaudojant anksčiau minėtus „lipnius galus“. (Paveiksle: DNR fragmentų sujungimas ir figūros suformavimas (R. P. Goodman et al., Science 2005; 310, 1661))

Vėliau atsirado DNR origamis. Vietoje fragmentų prijungimo, šis metodas remiasi jau pagamintų atskirų dalių hibridizacija, o tai leido sukurti įvairias 2D ar 3D struktūras. (Paveiksle: 3D DNR „dėžutės“ origamis (Reza M. Zadegan, Michael L. Norton. Int. J. Mol. Sci. 2012; 13, 7149-7162)

O KUR TAI PRITAIKOMA?

Ši technologijų sritis yra spartaus vystymosi stadijoje ir žada nemažai naujų analitinių ir terapinių galimybių medicinoje, farmakologijoje ir kitose srityse. Didelis dėmesys skiriamas tyrimams, susijusiems su vaistų transportavimu organizme, ligų terapija. Vienas iš nanomedicinos interesų – vėžinių ląstelių naikinimas. Nanobiotechnologija siūlo kelias alternatyvas chemoterapijai. Naujausi tyrimai yra sukoncentruoti į gydymo metodų atradimą, pavyzdžiui, terapinių vaistų gabenimą organizme į konkrečią vietą, nepažeidžiant supančių ląstelių ar organų. Nanopernašos sistemos gali būti: virusiniai vektoriai, sintetinės genų pernašos sistemos, modifikuotos neorganinės dalelės ir anksčiau minėtos origamio būdu gautos DNR „dėžutės“. Daugiausia dėmesio dabar yra skiriama ne virusinio tipo dalelėms dėl to, kad jos yra mažiau toksiškos, sukelia mažesnį imuninį atsaką. Pernašos dalelių veikimo principas būtų toks: prie nanodalelių prikabinami specifiniai receptoriai, užtikrinantys, kad vaistai bus nugabenti į pažeistas ląsteles, apribojant galimą sveikų ląstelių pakenkimą. Ypač naudinga tai, kad šios nanosistemos vienu kartu galėtų pernešti keleto tipų pakankamos koncentracijos terapinius vaistus. Be to, dauguma nanosistemų yra sukonstruotos iš biologinių medžiagų (DNR, RNR) ir yra tarsi užprogramuotos apeiti daugelį organizmo apsaugos, atsparumo mechanizmų, kurie galėtų trukdyti patekti vaisto molekulėms į reikiamą vietą.

Tam tikri sintetiniai polimerai gali būti panaudojami itin mažų – siRNR molekulių viduląsteliniam gabenimui. siRNR molekulės yra atsakingos už žinduolių genų aktyvaciją ir nutildymą. Tikimasi, kad siRNR yra potenciali nauja terapinių medžiagų klasė, kuri reguliuotų genų veiklą. Jų nešikliai yra sudaryti iš magnetinių ir fluorescencinių nanodalelių. Magnetinės savybės leidžia jas nukreipti į tam tikrą vietą, o fluorescencija leidžia šias daleles aptikti. siRNR gabenimo specifinės konstrukcijos – dendrimerai (iš lipidų ir kitokių nanodalelių sukurtos šakotos struktūros) pasižymi stabilumu, bioaktyvumu ir specifiškumu. (Paveiksle: Sartor V et al., J Am Chem Soc 1999, 121(12):2929 – 2930)

Specifinės DNR dalies aptikimas labai svarbus įvairių patogeninių ir genetinių ligų diagnozavimui. Daugelis aptikimo technikų yra paremtos DNR (taikinio) susijungimu su fluorescuojančiais, radioaktyviais ar kitokiais konstruktais. Vienas iš tokių pavyzdžių – fluorescuojantis DNR pradmuo: suformuojama tam tikra struktūra su prikabintu fluoroforu viename ir „gesintuvu“ kitame gale. Fluorescencijos signalas žiedo formos molekulėje nesusidaro dėl šalia esančių, vienas kitą neutralizuojančių galų. Kai įvyksta hibridizacija su taikiniu, fluoroforo ir „gesintuvo“ molekulės erdviškai atsiskiria, ir fluorescuojantis signalas parodo, kad mus dominanti seka buvo aptikta.

SUMMA SUMMARUM

Keisdama DNR molekulės kombinacijas, gamta kuria tikrus stebuklus – visas gyvasis pasaulis yra neįtikėtinos įvairovės. Mokslo pasaulis akivaizdžiai bando sekti Motinos Gamtos pavyzdžiu. Ne tik DNR nanotechnologijų, bet ir kitų nanobiotechnologijų dėka atsiveria tokios galimybės, kurias anksčiau įsivaizduodavo tik didžiausi fantazuotojai. Šis mokslas apima sritį, kuri manipuliuoja ląstelėje gaminamais struktūriniais komponentais. Varijuojant jais tarsi „žaidžiame“ gyvybės pamatu, ir įvairius procesus bandome pakreipti norima linkme. Nanobiotechnologijos yra dar tik vystymosi stadijoje ir prireiks tikrai nemažai laiko, kol visi atradimai, idėjos bus realizuoti ir praktiškai pritaikyti. Juk ši stadija yra tarsi variklis, skatinantis pasitelkti visą savo kūrybiškumą, žinias ir „stačia galva“ pasinerti į užburiantį atradimų pasaulį. Nobelio premijos laureatas Isidor Isaac Rabi yra pasakęs, kad „mokslas yra nuostabus žaidimas – įkvepiantis ir gaivinantis. O viso žaidimo laukas – pati visata“. Šiuo atveju, visata nanolygmenyje yra ne mažiau intriguojanti, nei toji, kurios dalelę matome pakėlę galvas.

Šaltiniai:

  • Zahid et al. DNA nanotechnology: a future perspective. Nanoscale Research Letters 2013; 8:119.
  • Reza M. Zadegan, Michael L. Norton.Structural DNA Nanotechnology: From Design to Applications. International Journal of Molecular Sciences 2012; 13:7149–7162.
  • Rudol f J Koopmans, Amalia Aggeli. Nanobiotechnology — quo vadis? Current Opinion in Microbiology 2010; 13:327–334.
  • Khalid M. Abu-Salah, Anees A. Ansar i , Salman A. Alrokayan. DNA-Based Applications in Nanobiotechnology. Journal of Biomedicine and Biotechnology 2010; ID 715295.
Straipsnio autorė: Greta Kaselytė (VU Genetikos II kurso studentė)

Daugiau skaitykite Biomedicinos mokslų studijoje www.mokslustudija.lt

Žymės: DNR , DNR molekulės
Labai atsiprašau, bet yra nemaža tikimybė, kad turite parazitų!

Labai atsiprašau, bet yra nemaža tikimybė, kad turite parazitų!

Kas tie parazitai? Tai organizmai (kirmėlės, grybeliai, pirmuonys), gyvenantis savo šeimininko sąskaita. Jie tyliai apiplėšia žmogų, atimdami iš jo dalį medžiagų, reikalingų jo gyvybei palaikyti. Negana to, jie dar išskiria toksinus, kurie yra...


Osteopatinis limfodrenažas

Osteopatinis limfodrenažas

Kūno formos, odos elastingumas, gera savijauta ir puiki nuotaika priklauso nuo to, kaip limfa cirkuliuoja organizme. Lietuvoje vis labiau populiarėja limfodrenažo procedūra, kurios metu yra gerinamas limfos tekėjimas ir taip koreguojama visa...


Medicinos centras „Northway“ Klaipėdoje – jūsų paslaugoms

Medicinos centras „Northway“ Klaipėdoje – jūsų paslaugoms

Medicinos centras „Northway“ taip pat yra įsikūręs ir Klaipėdoje. Tai privati klinika, gydytojai nuolatos pasirengę teikti pagalbą pajūrio gyventojams. Rūpestinga apžiūra, aukštos kokybės klientų aptarnavimas jaukioje įstaigos...


Magnetinio lauko terapija

Magnetinio lauko terapija

Magnetinio lauko terapija stiprina imunitetą, mažina alergines reakcijas, gerina kraujotaką, atstato širdies ritmą. Pulsinio elektromagnetinio lauko poveikis žmogaus organizmui, indikacijos, kontraindikacijos gerai ištirtos visame pasaulyje....


Kas apsivalo tik iš išorės, lieka nešvarus

Kas apsivalo tik iš išorės, lieka nešvarus

Paklausite kodėl? Todėl, kad žmogaus organizmas yra daugelio parazitų rūšių gyvenamoji vieta. O kas tie parazitai? Tai organizmai, gyvenantis savo šeimininko sąskaita. Jie tyliai apiplėšia žmogų, atimdami iš jo nemažą medžiagų, reikalingų jo...


Apsauga nuo gripo – česnako pakabutis

Apsauga nuo gripo – česnako pakabutis

Lietuvoje siaučia gripas, tačiau Vilniaus vaikų darželyje "Metų laikai" nesusirgo nė vienas vaikas. Nuo viruso jie saugosi ant kaklo pasikabinę česnakus. Vos pravėręs darželio duris užuodi šviežių česnakų kvapą. "Mes prie jo jau...


Padėkime vaikams lavinti taisyklingą laikyseną

Padėkime vaikams lavinti taisyklingą laikyseną

Lietuvoje netaisyklinga laikysena diagnozuojama maždaug 30 % vaikų. Daugelio šių atvejų būtų galima išvengti, jeigu skirtume tam šiek tiek laiko ir pastangų. Prasidėjus mokslo metams, norėtųsi priminti tėveliams apie tai, kaip svarbu nuolat...


Šiuolaikiškas kryžminių raiščių gydymas

Šiuolaikiškas kryžminių raiščių gydymas

Kelio sąnario kryžminių raiščių pažeidimai dažni tarp jaunų žmonių, ypač sportininkų. Jie apriboja darbingumą bei kelio sąnario normalią funkciją. Per pastaruosius keletą metų didėjant klinikinei patirčiai ir tiriamojo-eksperimentinio mokslo...


Procedūra nuo strijų Fusion Mesotherapy® adatinio volelio metodu

Procedūra nuo strijų Fusion Mesotherapy® adatinio volelio metodu

Strijos - tai siauri, šviesiai ar melsvai rausvos spalvos ruoželiai odoje. Strijų gali būti bet kur kūne, ten kur tempiasi oda; dažniausiai jų būna krūtų, pilvo, sėdmenų, šlaunų srityse. Didžiausias pavojus atsirasti strijoms yra nėštumo, brendimo...


Prostatos vėžys ir vyrų gyvenimo kokybė

Prostatos vėžys ir vyrų gyvenimo kokybė

Ne paslaptis, kad prostatos (priešinės liaukos) vėžys šiuo metu yra labiausiai paplitęs ir yra dažniausiai pasitaikantis vyrams. Jis sudaro maždaug 25% tarp visų naujai diagnozuotų vyrams vėžio ligų. Pastaraisiais metais medicinos praktikoje...


NE spuogams, bjaurojantiems veidą

NE spuogams, bjaurojantiems veidą

Aknė – lėtinė liga ir labiausiai paplitusi odos problema. Pasak „Estetus klinikos“ dermatologės Indrės Šaferienės, dažniausiai ji kamuoja jaunimą brendimo laikotarpiu, tačiau klaidinga manyti, kad ji būdinga tik paaugliams....


Kas gali pakeisti gyvenimą su atopiniu dermatitu?

Kas gali pakeisti gyvenimą su atopiniu dermatitu?

Bemiegės naktys dėl vaiko mitybos, sveikatos, tinkamo poilsio, įdomaus laisvalaikio ieškojimas – visi šie rūpesčiai kasdien lydi mamytes, tačiau kai kurioms duota dar daugiau. Viena iš jų Auksė, auginanti septynerių metų Gintę, kurią vargina...


Medicininės paslaugos Anglijoje. Ką būtina žinoti?

Medicininės paslaugos Anglijoje. Ką būtina žinoti?

Šiais laikais, jau labai didelė dalis Lietuvos piliečių, gyvena ir dirba Anglijoje. Vieni važinėja pirmyn ir atgal uždarbiaudami papildomai, kiti įsitvirtinę svečioje šalyje, atsivežę čia šeimas, išsikovoję tam tikrą padėtį visuomenėje, pelnę...


Kaip atsikratyti spuogų?

Kaip atsikratyti spuogų?

Spuogai (aknė) – viena labiausiai paplitusių odos ligų. Tai lėtinė uždegiminė liga, kuria neretai serga jauni žmonės, dažniausiai paaugliai, o juk jiems grožis ypatingai svarbu. Dėl atsiradusių spuogų, o vėliau ir dėl veido odoje...


„Jau daugiau nei 50 metų profesionali Europos medicinos visuomenė yra supažindinama su vienu iš gydymo metodu – sistemine enzimų terapija.“ Sisteminės enzimų terapijos kūrėjas prof. Maxas Wolfas

„Jau daugiau nei 50 metų profesionali Europos medicinos visuomenė yra supažindinama su vienu iš gydymo metodu – sistemine enzimų terapija.“ Sisteminės enzimų terapijos kūrėjas prof. Maxas Wolfas

Kada vartojami. Ūmių uždegimų, sukeltų virusų ar bakterijų, metu, pasireiškus pirmiesiems ligos simptomams. Skatindama imuninę sistemą gaminti antivirusines ir antibakterines medžiagas, enzimų terapija itin veiksminga esant ūmiems ir lėtiniams...


Medaus magija

Medaus magija

Medų dar senovės graikai laikė kone panacėja nuo visų ligų. O ir šių dienų medikai įsikinę, kad medus dėl savo unikalių savybių geba pakeisti beveik visą vaistinę. Saldus tąsus medus — tikra vitaminų taupyklė. Medaus šaukšte — ir...


Diabetas negrįžtamai pažeidžia nervų sistemą

Diabetas negrįžtamai pažeidžia nervų sistemą

Diagnozė „diabetas“ reiškia, kad gyvenimas iš pagrindų turi keistis - nuolatinė cukraus kontrolė ir griežtas mitybos reguliavimas tampa naujais kasdieniais įpročiais. Dažniausias gydytojų patarimas, nustačius diabetą, - susigyvenkite...


Apie vandens naudą žmogaus organizmui laidoje „Namų daktaras“ kalba chirurgas Gintautas Laurinavičius

Apie vandens naudą žmogaus organizmui laidoje „Namų daktaras“ kalba chirurgas Gintautas Laurinavičius

Farmacijos kampanijos sukuria daug įvairių cheminių vaistų, kuriais mums bandoma padėti, kai jau susergame kokia nors liga. Nors ir universalių vaistų daug nėra, tačiau yra vaistas, kuris gali mums neleisti susirgti ar bent atidėti ligą...


Ar vyriškos ligos gali būti skyrybų priežastis?

Ar vyriškos ligos gali būti skyrybų priežastis?

Skyrybų priežasčių daug, o sutrikęs lytinis gyvenimas gali būti viena iš jų. Juk intymūs santykiai yra išskirtinė fizinio artumo forma, leidžianti partneriams jaustis vertinamais, suteikianti malonumo, pasitikėjimo ir saugumo pojūtį. Kita vertus,...


Laisvieji radikalai – daugelio ligų priežastis?

Laisvieji radikalai – daugelio ligų priežastis?

Mokslininkus nuo seno domino klausimas, kodėl vienų šalių gyventojai gyvena ilgiau ir yra sveikesni nei kitų. Pvz., buvo pastebėta, kad šalyse, kur žmonės geria raudonojo vyno, mažiau sergama širdies ir kraujagyslių ligomis. Paaiškėjo, kad tai...


Modifast

Modifast

Baltyminiai produktai svoriui mesti
lazerineklinika.lt

lazerineklinika.lt

Plaukelių šalinimas lazeriu, veido valymas, kapiliarų šalinimas, frakcinis odos atjauninimas.
TLK kodų paieška

Galimi kodai: nuo A00.0 iki Z99.9