Mauri Kostiaiselle miljoonarahoitus uusien biohybridimateriaalien tutkimiseen
Kostiaisen työ voi auttaa yhdistämään biomolekyylien ja synteettisten materiaalien parhaat ominaisuudet.
Tutkijat kehittivät menetelmän virusten kapsidiproteiinien uudelleenmuotoiluun
Tutkijat ovat kehittäneet uuden DNA- ja RNA-origaminanorakenteita hyödyntävän keinon virusten kapsidiproteiinien järjestämiseen haluttuihin muotoihin. Tuloksesta voi olla monenlaista hyötyä biolääketieteessä.
Tutkijat ovat kehittäneet keinon ohjelmoida viruspartikkelien kokoa ja muotoa käyttämällä DNA:sta muokattuja malleja ohjaamaan kapsidiproteiinien järjestymistä. Tulokset on juuri julkaistu Nature Nanotechnology -lehdessä.
Virusten genomin sisällään pitäviä kapsidiproteiineja voidaan hyödyntää tarkkaan määriteltyjen proteiinirakenteiden valmistamiseen. Syntyvät rakenteet ovat kuitenkin riippuvaisia viruksen kannasta, ja ovat yleisesti muodoltaan joko ikosaedrisia tai helikaalisia. Näiden kokoonpanojen uudelleenohjelmointi avaa uusia mahdollisuuksia esimerkiksi rokotteiden kehittämisessä ja lääkkeiden kuljettamisessa elimistön sisällä.
Aalto-yliopiston tutkijoiden johtamaan ryhmään osallistui tutkijoita Helsingin ja Tampereen yliopistoista, sekä australialaisen Griffithin ja alankomaalaisen Twenten yliopistoista. Tavoitteeseen päästäkseen tutkijat poistivat viruksen normaalin genomin, jonka ympärille kapsidiproteiinit tavallisesti rakentuvat. Uuden mallin jäykkyyden varmistamiseksi he käyttivät DNA-origamirakenteita. Nämä rakenteet ovat vain kymmenistä satoihin nanometreihin pitkiä, mutta koostuvat kokonaan DNA:sta, joka voidaan laskostaa haluttuun muotoon.
”Lähestymistapamme perustuu DNA-nanorakenteiden negatiivisen varauksen ja kapsidiproteiinien positiivisesti varautuneen alueen välisiin sähköstaattisiin vuorovaikutuksiin, sekä yksittäisten proteiinien välisiin luontaisiin vuorovaikutuksiin. Muuttamalla käytettyjen proteiinien määrää pystyimme säätelemään DNA-origamia ympäröivien, järjestäytyneiden proteiinikerrosten määrää”, kertoo tutkimuksen pääkirjoittaja, väitöskirjatutkija Iris Seitz.
”Käyttämällä DNA-origamia mallina pystyimme ohjaamaan viruksen kapsidiproteiinit haluamaamme kokoon ja muotoon, jolloin saimme aikaan sekä pituudeltaan että halkaisijaltaan tarkkaan määriteltyjä rakenteita. Lisäksi testaamalla erilaisia DNA-origamirakenteita saimme tietoa eri mallien muodon vaikutuksesta proteiinien muodostamiin rakenteisiin”, Seitz jatkaa.
Korkealuokkaisen kryoelektronimikroskopiakuvauksen avulla tutkijat pystyivät visualisoimaan hyvin järjestäytyneet proteiinit ja mittaamaan erilaisista malleista johtuvat pienetkin muutokset rakenteiden geometriassa.
”Löysimme yksinkertaisen, mutta toimivan keinon kapsidiproteiinien ohjaamiseksi haluttuun muotoon. Lähestymistapamme on monikäyttöinen eikä rajoitu vain yhteen kapsidiproteiinityyppiin, kunhan proteiinilla vain on positiivisesti varautunut alue. Osoitimme tämän neljän eri viruksen kapsidiproteiineilla. Lisäksi mallia voidaan säätää sovelluskohtaisesti, esimerkiksi integroimalla origamiin RNA:ta, josta voidaan myöhemmin tuottaa proteiineja”, sanoo tutkimushanketta johtanut professori Mauri Kostiainen.
Vaikka DNA-origamirakenteet vaikuttavat lupaavilta biologisissa järjestelmissä, ne kärsivät silti epävakaudesta, etenkin jos läsnä on DNA:ta hajottavia entsyymejä.
”Testatessamme, miten entsyymit hajottavat DNA-rakenteita huomasimme selvästi, että proteiinikerros suojaa tehokkaasti kapseloituja DNA-nanorakenteita hajoamiselta. Yhdistämällä tämä suojaus nukleiinihappo-origamin toiminnallisiin ominaisuuksiin, kuten mahdollisuuteen toimittaa DNA:ta tai lähetti-RNA:ta yhdessä muiden molekyylien kanssa, uskomme että lähestymistapamme tarjoaa mielenkiintoisia tulevaisuuden suuntia biolääketieteelle”, professori Kostiainen sanoo.
Linkki julkaisuun Nature Nanotechnology -lehdessä: https://www.nature.com/articles/s41565-023-01443-x
Lisätiedot:
Iris Seitz, väitöskirjatutkija
iris.seitz@aalto.fi
Mauri Kostiainen, professori
mauri.kostiainen@aalto.fi
Biohybridimateriaalit
Prof. Mauri Kostiaisen johtama tutkimusryhmä
Lue lisää DNA-nanoteknologioista
Tutkijat valmistivat värejä nanokullasta ja DNA:sta
Aalto-yliopiston tutkijat valmistivat nanokullasta värejä, ja menetelmästä voi jatkossa olla hyötyä uusissa näyttöteknologioissa, erityisesti puettavien sensorilaitteiden näytöissä.
Ihmiskeho vilisee molekyylikoneita – nyt tutkijat kehittävät keinotekoisia vastineita, joita voisi hallita sähköllä
Professori Anton Kuzyk on saanut Euroopan tiedeneuvostolta noin kahden miljoonan euron rahoituksen viisivuotiselle tutkimushankkeelle, joka kehittää sähkökentillä ohjattavia keinotekoisia molekyylikoneita.
Kohti nanokoneita – tutkijat onnistuivat hallitsemaan DNA-rakennetta valon avulla
Valo sulkee ja avaa rakenteen ja säätelee myös liikkeen voimakkuutta. Menetelmän yksinkertaisuus on suuri etu sovelluksien kehittämisessä, esimerkiksi lääketieteessä.
Nantech houkutti lähes sata kansainvälistä DNA-nanoteknologian tutkijaa Espooseen – tietotekniikan merkitys alalla kasvaa
DNA-nanoteknologian ala on monitieteellinen, mikä näkyi kolmipäiväisen workshopin puhujissa. Tietotekniikan ja matematiikan osuus alalla on merkittävä ja kasvussa, huomauttaa tapahtuman järjestäjiin lukeutuva professori Pekka Orponen.
Aallon ja Karoliinisen instituutin tutkijat kehittivät dna:han perustuvan mikroskopiamenetelmän, joka ei tarvitse lainkaan optiikkaa
Dna-mikroskopia avaa näkymän biologisten molekyylien mikrotasolle ilman kallista ja hankalaa optiikkaa.
Nanorakenteita voidaan nyt "3D-tulostaa" DNA:ta käyttäen
DNA:sta saadaan kolmiulotteisia nanokokoisia rakenteita uuden suunnittelumenetelmän avulla.
Lue lisää uutisia
Älykkäät tekstiilit uudistavat käsityksemme materiaaleista – ja lajienvälisestä viestinnästä
Euroopan tutkimusneuvosto ERC:n rahoituksen saanut PAST-A-BOT-tutkimushanke kehittää pehmeitä, älykkäitä tekstiilejä, jotka voivat tulevaisuudessa toimia pelastusrobotteina, ääntä aistivina maataloustekstiileinä tai avustavina vaatteina – ja samalla uudistavat tavan, jolla ajattelemme materiaalitutkimusta.
Tulevaisuuden tekijät tutkivat akkuja, tietojen salausta ja muovin kierrätystä
Teknologiateollisuuden 100-vuotissäätiö myönsi 3,5 miljoonaa euroa tutkimusrahaa kahdeksalle hankkeelle, joista viisi tuli Aalto-yliopistosta.
Sebastian Szyller: Tavoitteeni on tehdä koneoppimisesta luotettavampaa ja sietokykyisempää
Sebastian Szyller on nimitetty apulaisprofessoriksi Aalto-yliopiston tietotekniikan laitokselle 1.9.2025 alkaen. Szyller tutkii yksityisyyttä säilyttäviä koneoppimismalleja sekä niiden suojausta ja toimintavarmuutta.