Сибирский государственный медицинский университет, г. Томск
Центральная научно-исследовательская лаборатория
Эта работа опубликована в сборнике статей по материалам Международной 69-й научной итоговой студенческой конференции, посвященной 200-летию со дня рождения Н.И. Пирогова (г.Томск, 11-13 мая, 2010 год); под реакцией академика РАМН В.В. Новицкого, член. корр. РАМН Л.М. Огородовой
Посмотреть титульный лист сборника
Скачать сборник целиком (1,4 мб)
В настоящее время одним из перспективных направлений нанобиотехнологии, области знаний получившей бурное развитие в последние два десятилетия, является создание гибридных бионанокомпозитных конструкций включающих магнитные наночастицы и нуклеиновые кислоты. Использование бионаногибридных структур на основе ферримагнитных наночастиц, конъюгированных с нуклеиновыми кислотами, позволяет развивать оригинальные подходы к решению широкого круга задач за счет реализации возможности высокочувствительного детектирования и эффективного управления этими конструкциями посредством наложения внешнего магнитного поля. Подобные бионаногибридные конструкции ориентированы на широкое применение в области биомедицины: генотерапии, генодиагностики, разработки высокочувствительных биосенсоров и контрастирующих веществ для ЯМР, а так же в области создания высокоемких носителей информации и нанопроводов [1]. В настоящее время на базе Отдела структурной макрокинетики ТНЦ СО РАН осуществляется синтез частиц наноразмерных порошков на основе оксидных ферримагнетиков, обладающих суперпарамагнитными свойствами [2]. Было показано, что наночастицы феррита кобальта способны связываться с молекулами фрагментированной геномной ДНК, образуя нанобиокомпозитный комплекс [3].
Целью данной работы было сравнить эффективность связывания молекул нуклеиновых кислот различного нуклеотидного состава с наночастицами феррита кобальта.
Материалы и методы. В работе использовали фрагментированную ультразвуком геномную ДНК лосося (ООО «Медиген»), олигонуклеотиды oligo(dА18), oligo(dС18), oligo(dG18), oligo(dT18) (ЗАО «Биосан»), наноразмерные частицы феррита кобальта 6-12 нм. Формирование бионанокомпозитного комплекса проводили в течении 24 часов в 10мМ Tris-HCl (рН=5.0) буфере, содержащем частицы феррита кобальта 0.5 мг/мл (предварительно обработанные ультразвуком (Bandelin) и 0.1 мг/мл ДНК. Полученный бионанокомпозит отделяли из раствора методом магнитной сепарации, используя постоянный магнит с удельной намагниченностью 0.2 Тесла, центрифугировали в течение 15 минут при 13,4 т.о./мин («Еppendorf») и дважды промывали ddH2O. Концентрацию ДНК определяли спектрофотометрическим методом по поглощению при длине волны 260 нм (Unico 2800). Эффективность адсорбции мМ ДНК (нуклеотидов) рассчитывали на 1 мг нанопорошка, определяя концентрацию не связавшейся ДНК в супернатанте. Статистическую обработку проводили с помощью пакета программ Statistica 6.0.
В результате исследования показано, что двух- и одноцепочечные молекулы нуклеиновых кислот эффективно связывались с наночастицами феррита кобальта и формировали стабильные комплексы. По данным спектрофотометрического анализа показано, что наибольшую эффективность связывания с частицами феррита кобальта демонстрировали одноцепочечные олигонуклеотиды oligo(dG18) - 2,31±0,02 мМ/мг (Рис. 1). Схожие сорбционные характеристики получены для фрагментированной геномной двухцепочечной ДНК (2,14±0,09 мМ/мг). Близкими между собой по эффективности связывания с частицами оказались олигонуклеотиды oligo(dC18) и oligo(dT18) – 1,45±0,05 и 1,59±0,02 мМ/мг соответственно. Достоверно более низким по отношению ко всем исследуемым молекулам ДНК показатель эффективности связывания был для олигонуклеотидов oligo(dA18) - 1,26±0,02 мМ/мг (р>0,05).
Установленная зависимость эффективности связывания нуклеиновых кислот с частицами феррита кобальта от их нуклеотидного состава позволяет предполагать, что атомы оснований ДНК участвуют во взаимодействии наночастиц и молекул ДНК. Наибольшая эффективность связывания, показная для oligo(dG18), хорошо согласуется с ранее полученными данными ИК-спектрометрического исследования комплекса двухцепочечная ДНК-наночастицы [3]. Наиболее слабое связывание наночастиц с молекулами oligo(dA18), может быть объяснено предположением о взаимодействии наночастиц с молекулами ДНК за счет атомов кислорода, поскольку аденин не содержит атомов кислорода в пуриновом кольце. Отсутствие достоверного отличия в эффективности связывания двухцепочечной ДНК и молекул oligo(dG18), может быть обусловлено способностью молекул ДНК формировать дополнительные сайты связывания наночастиц за счет стерических взаимодействий [4].
Выводы: Наночастицы феррита кобальта эффективно связываются с одно- и двухцепочечными молекулами ДНК. Эффективность связывания зависит от нуклеотидного состава, наиболее эффективно комплекс с наночастицами образуют гуанинсодержащие молекулы, более слабое взаимодействие установлено для аденинсодержащих олигонуклеотидов.
Список литературы:
1. Emerich D.F., Thanos C.G. // Biomolecular Engineering. – 2006. – V. 23. – P. 171–184.
2. Терехова О.Г., Итин В.И., Магаева А.А., Найден Е.Н., Иванов Ю.Ф., Максимов Ю.М., Болдырев В.В. // Порошковая металлургия и функциональные покрытия. – 2008. – №1. – С. 45-50.
3. Першина А.Г., Сазонов А.Э., Огородова Л.М. Исследование механизмов взаимодействия ДНК и наночастиц феррита кобальта методом ИК-Фурье-спектрометрии. Биоорганическая химия. – 2009. – Т. 35, № 5 – С.1-8.
4. Nyamjav D., Ivanisevic A. // Biomaterials. – 2005. – V. 26. – P. 2749–2757.
