DNK origami – pametna tehnika liječenja bolesti

Osim navale „pametnih" mobitela, uskoro bi nas mogao iznenaditi isto tako veliki val nove vrste lijekova, tzv. „pametnih" lijekova, koji bi zbog svojih svojstava brže i uspješnije mogli liječiti skoro pa sve poznate oblike bolesti, pa čak i koristiti uspješno u liječenju raka. Primjer takvih obećavajućih lijekova su oni koji se dobivaju tehnikom DNK origami, kojoj se sve češće posvećuje pažnje jer je naime jako - pametna.

Nije tajna da su neki oblici bolesti, poput raka, sve češći u današnjem brzom svijetu. Jedan od glavnih izazova u liječenju takvih bolesti jest prepoznavanje abnormalnih (ili zaraženih, ako je riječ o drugim opasnim bolestima) stanica i tkiva od onih normalnih, zdravih stanica. Na tom području naš imunološki sustav ponekad podbacuje, te tu ulogu preuzimaju tzv. „pametni" lijekovi zato što im je, na molekularnoj razini, dana točno određena naredba koja im zapovijeda : „Pronađi tu stanicu i samo tu stanicu, i aktiviraj se samo u kontaktu s njom, i samo s njom."

Postoji niz takvih „pametnih" lijekova koji se trenutačno razvijaju, ali tehnika DNK origami kojom se dobivaju „nanoroboti", kako ih stručnjaci nazivaju (jer se ponašaju kao mali roboti s obzirom na naredbe koje izvršavaju), jednostavno očarava jednostavnošću i brzinom. U samo nekoliko sati moguće je napraviti nekoliko milijardi „nanorobota", a za to vam je samo potrebno puno molekula DNK i ništa više. Što dakako možete pronaći svugdje oko vas, pa i u vama samima.

Paul Rothemun, znanstvenik iz Kalifornijskog instituta tehnologije iz Pasadene, izumio je tehniku DNK origami. Prilikom njezine primjene, najprije se uzme jedan dugačak lanac jednolančane molekule DNK, koji će biti predložak, a onda se pomiješa s manjim komadićima molekule jednolančane DNK (specifičnog redoslijeda nukleotida, ovisno o predlošku) koji se potom spajaju na određena mjesta na predlošku, nakon djelovanja soli i povišene temperature. To osigurava da se dva udaljena dijela mogu spojiti jednim malim komadićem jednolančane molekule, te se na taj način cijela molekula može savinuti, preklopiti ili samo povezati.

U početku je Paul Rothemun DNK origami pretvorio u bezazlenu igru sastavljanja popularnog „smješka", snježnih pahuljica, cvjetova ili pak ilustriranja karte Amerike unutar same stanice. Na taj način je demonstrirao potencijal ove nove tehnike te privukao pozornost različitih stručnjaka za rad u tom području. I tako je počeo vrtoglav napredak u kojem se ova tehnika upotrijebila za različite svrhe, a jedna od potencijalnih primjena je i u medicini.

Princip liječenja temelji se na stvaranju posebnih oblika nalik na kutije, cijevi ili kovčege. U unutrašnjosti se nalazi „teret", uobičajeno je to nekakav toksin ili lijek koji se treba dostaviti u stanicu pacijenta, a s vanjske strane na površini spleta molekule DNK se nalaze receptori koji služe za prepoznavanje točno određenih stanica u organizmu pacijenta. Treći važan element je „brava" koja samo u interakciji s točno određenim proteinima reagira i otključava kovčeg koji ispušta svoj „teret". Na ovaj se način osigurava da se „teret" dostavi na točno određeno, ciljno mjesto. Ako pak ne postoji taj točno određeni „ključ", sama struktura učinjena je dovoljno stabilnom da se ne raspadne.

Jedna od poteškoća u ovoj tehnici je razgrađivanje nanorobota od strane enzima nukleaza, čija je zadaća razgradnja molekule DNK u stanici. Da bi se izbjeglo prerano razgrađivanje, razmatra se stvaranje posebne ovojnice koja bi strukturu od molekule DNK dovoljno dugo mogla održati nerazgrađenom, kako bi liječenje bilo uspješno. Ista takva ovojnica mogla bi služiti za stapanje sa staničnom membranom i ulazak u stanicu u slučaju da se znak za otvaranje „kovčega" nalazi s unutrašnje strane membrane. Takvu ovojnicu ponekad koriste virusi.

Iako primjena u medicini zvuči dovoljno i sasvim je opravdavajuća, ona ne prestaje samo tu. Pomoću ove tehnike mogu se napraviti male kemijske tvornice koje povezuju točno određene enzime u dugačke cijevi građene od molekule DNK. Ovo bi mogao biti ključ u stvaranju „umjetne" fotosinteze i oponašanju ostalih ključnih biokemijskih procesa. Nadalje, različita „ravnala" ili „sateliti" napravljena od molekule DNK mogu pomoći u praćenju nekih staničnih procesa, kao što je dioba stanice, i otkrivanju novih pravilnosti i zakonitosti. Samo je mašta granica, a pitanje vremena kada će ova tehnika uzeti maha u svakodnevnom životu.