Очень маленький термометр

Исследователи из Канады сконструировали самый маленький в мире термометр. Он сделан из фрагментов молекул ДНК, а принцип работы основан на том, что в определенных условиях эти фрагменты медленно разворачиваются, высвобождая флуоресцирующие молекулы. ДНК-термометры отличаются исключительной чувствительностью, ученые полагают, что с их помощью можно будет отслеживать быстрые изменения температуры внутри клеток или наноустройств («Nano Letters», 2016, doi: 10.1021/acs.nanolett.6b00156).

Разработавший нанотермометр Алекси Вале-Белиль отмечает, что это молекулярное устройство синтезировали с помощью хорошо отлаженной схемы, которая позволяет получать реагенты для проведения полимеразной цепной реакции (ПЦР). Эта реакция — сегодня один из самых популярных лабораторных методов, благодаря ей молекулярные биологи могут копировать нужный им фрагмент ДНК в необходимом количестве.

Авторы работы синтезировали однонитевые молекулы ДНК, которые, встретившись, образуют молекулы с двунитевыми участками. Но структура ДНК чувствительна к изменениям температуры — как известно, при нагреве двунитевые участки «плавятся», разделяясь на отдельные нити. Именно это происходит с молекулами-термометрами при незначительном потеплении окружающей среды, причем высвобождаются входящие в их состав флуорофоры, так что за температурой можно следить, регистрируя их оптический сигнал.

Стабилизаторы помогают управлять скоростью разрушения супрамолекулярных структур на основе ДНК, что, в свою очередь, дает возможность повышать или понижать чувствительность молекулярных термометров. Вообще, чувствительность очень высока — созданные исследователями системы реагируют на изменения всего в 0,05°C. По словам Вале-Белиля, есть и альтернативная возможность — запрограммировать термометр на очень медленное разрушение его надмолекулярной структуры, что позволит отслеживать температурные интервалы до 50 градусов. Такие молекулярные градусники могут оказаться полезными для решения множества практических задач, например — измерения температуры в различных отделах живой клетки или рукотворных наноустройств. В настоящий момент канадские ученые уже пытаются измерить температуру вокруг молекулярных моторов клетки, чтобы выяснить, не перегреваются ли они во время работы.

Не так давно химики из Токийского университета под руководством Сейити Утияма сделали аналогичные молекулярные термометры на основе синтетических полимеров. Они полагают, что применению ДНК-термометров в живых клетках может помешать ряд обстоятельств — например, если они будут взаимодействовать с биомолекулами, это, возможно, изменит запрограммированную скорость разрушения супрамолекулярных образований. Тем не менее японские коллеги признают, что если канадские химики докажут надежность новых термометров, то многие биохимики предпочтут изучать температуру внутри клетки с помощью знакомых и родных для них молекул ДНК, а не синтетических полимеров.