Комплексы ДНК с заряженными соединениями и наноструктуры на их основе
Руководитель направления:
Касьяненко Нина Анатольевна, д. ф.-м. н., профессор
e-mail: kasyan@paloma.spbu.ru
Местонахождение:
НИИФ, корп. «Л», комн. 428
Актуальность исследований:
Интерес к исследованию конформационных изменений и физико-химических свойств молекулы ДНК при образовании комплексов с различными соединениями в растворах обусловлен не только важнейшими биологическими функциями этой макромолекулы, ответственной за хранение и передачу наследственной информации, но и тем, что ДНК представляет собой полимер с уникальными свойствами.
Это, в первую очередь, сочетание высокой устойчивости сложной двуспиральной вторичной структуры со способностью легко и обратимо трансформироваться в состояние с расплетенными одноцепочечными гибкими участками (вплоть до полного разделения двух цепей). Принцип комплементарности оснований лежит в основе таких биологически важных явлений, как репликация, транскрипция и репарация. В современных технологиях использование этого принципа открывает перспективы применения ДНК в качестве материала для создания различных наноразмерных самособирающихся конструкций. Второе уникальное свойство молекулы ДНК — ее чрезвычайно высокая жесткость в двуспиральном состоянии и большая гибкость при расплетении комплементарных нитей. Наконец, значительная плотность отрицательного заряда фосфатных групп молекулы ДНК в водных растворах наряду со способностью ее увеличения за счет появления дополнительного отрицательного или положительного заряда на основаниях при изменении рН не только объясняет причины и механизмы образования самых различных биологически значимых комплексов, но и дает возможность использовать это свойство для направленного создания самоорганизующихся структур с заданными свойствами в растворах с помощью электростатических взаимодействий.
Исследование конформационных изменений ДНК в модельных системах позволяет получить информацию о молекулярном механизме различных биологических процессов. Физические методы и подходы к изучению взаимодействия биологических макромолекул с различными соединениями в растворе дают возможность предложить модель взаимодействия, сделать вывод о биологической активности исследуемых веществ. В частности, вполне оправдал себя такой подход к предварительному тестированию эффективности и определению механизма действия новых соединений — потенциальных противоопухолевых препаратов, основа терапевтического эффекта которых заключается в связывании с молекулой ДНК и блокировании деления клеток. К таким препаратам относятся координационные соединения платины. В настоящее время силами сотрудников, аспирантов и студентов проводится испытание новых соединений платины, палладия, рутения, синтезируемых в Санкт-Петербургской химико-фармацевтической академии РАМН, Санкт-Петербургском технологическом институт (Техническом университете), Институте общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН (Москва), Faculty of Chemistry and Chemical Technology, University of Ljubljana, Slovenia.
Современные потребности медицины требуют разработки новых подходов к лечению и профилактике патологий. Использование невирусных генных векторов может способствовать лечению самых серьезных заболеваний. Основной проблемой в настоящее время является достаточно высокая токсичность таких систем, неизбирательность действия и отсутствие механизма утилизации компонентов после доставки в клетку модифицированного генетического материала. В течение ряда лет совместно с сотрудниками ИВС РАН и Института гриппа РАМН проводится конструирование и изучение генных векторов на основе синтетических полимеров, используемых в генной инженерии для направленной передачи генетического материала в клетки-мишени. Изучается влияние структуры, состава, молекулярной массы, жесткости, плотности заряда полимеров, а также воздействие внешних условий на свойства комплексов. К этой же тематике следует отнести новые исследования, связанные с образованием комплексов ДНК со светочувствительными сурфактантами, способными индуцировать формирование наночастиц в растворе, проводимые совместно с кафедрой экспериментальной физики Потсдамского университета (Германия).
Разрабатывается подход к созданию других самоорганизующихся наноструктур на основе ДНК. В частности, получены первые ДНК-шаблонные серебряные нанопроволоки, интересные данные о свойствах монокристаллов кремния после фиксации на их поверхности полиионов.
Тематика научных исследований:
- Конформационные изменения биологических и синтетических макромолекул, индуцированные взаимодействием с заряженными соединениями (ионами металлов, поли- и олигоионами) в растворе.
- Интерполиэлектролитные комплексы (генные векторы).
Научные партнеры: Институт высокомолекулярных соединений РАН, Институт гриппа РАМН
- Координационные соединения металлов платиновой группы (потенциальные противоопухолевые препараты) и их комплексы с ДНК в растворе.
Научные партнеры: Санкт-Петербургская химико-фармацевтическая академия РАМН, Санкт-Петербургский технологический институт (Технический университет), Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН (Москва), Faculty of Chemistry and Chemical Technology, University of Ljubljana, Slovenia.
- Самоорганизующиеся наноструктуры на основе ДНК (на поверхности и в растворе).
- Формирование и исследование интерфейса биополимер-полупроводник.
Научные партнеры: Кафедра электроники твердого тела (группа профессора Вывенко О.Ф.).Междисциплинарный научный центр по направлению «Нанотехнологи».
- Биологически активные вещества растительного происхождения.
Научные партнеры: Химический факультет СПбГУ, кафедра органической химии, группа профессора Карцовой А. А.
Методы исследования:
- Динамическое двойное лучепреломление
- Вискозиметрия
- Спектрофотометрия
- Круговой дихроизм
- Гель-электрофорез
- Атомная силовая микроскопия
- Динамическое светорассеяние
- Компьютерное моделирование
Участники по направлению исследования: