Здатність ДНК проводити електричний струм залежить від послідовності в ній генетичних «букв».
Нещодавно ми розповідали про те, чому ворсинки-пілі деяких бактерій здатні проводити струм: ароматичні амінокислоти, що стирчать в певному порядку по всій довжині ворсинки, перекидають один одному електрони, створюючи тим самим рух заряджених частинок і електричне поле.
Провідність такого білкового проводу виявляється дуже хорошою, майже як у міді. Але електричний дріт можна зробити не тільки з білка. У статті в Nature Chemistry дослідники з Університету штату Арізона і Університету Дьюка повідомляють, що хорошу електропроводку в принципі можна зробити з «головної молекули життя», тобто з ДНК.
Справа тут, зрозуміло, не стільки в тому, що довга спіральна ДНК сама по собі нагадує електрошнур. Всяка молекула - це атоми, чиї електрони можуть бути в тій чи іншій мірі вільними. Вільні електрони можуть перебігати з місця на місце, за умови, звичайно, якщо їм є куди бігти. У ДНК такі електрони, що «потенційно бігають», є, проте досить довго не було ясно, як саме вони можуть переміщатися молекулою.
Як відомо, електронам притаманний квантово-хвильовий дуалізм, тобто вони поводяться і як частинки (кванти), і як хвилі. Раніше Нун Цзянь Тао (Nongjian Tao), Девіду Бератану (David N. Beratan) і їхнім колегам вдалося встановити, що на різних відстанях електрони ДНК поводяться по-різному: якщо на невеликій дистанції електрони поширюються подібно хвилі, то на великій відстані вони більше нагадують частинки, які стрибають з місця на місце, як це відбувається в напівпровідниках. Якщо говорити про ефективність, то перший спосіб краще: електрони «у вигляді хвилі» рухаються злагодженіше і швидше, ніж «у вигляді частинки».
У своїх нових експериментах дослідники захотіли з'ясувати, чи можна зробити так, щоб електрони в ДНК «ходили хвилями» і на великі відстані теж. Як ми знаємо, кожен ланцюг ДНК складається з безлічі мономерів: прикріплених до цукру рібозе чотирьох азотистих підстав (А, Т, G, С), що кодують генетичну інформацію; у свою чергу, рибози з підставами з'єднані в нитку через фосфорну кислоту.
Двозначна нитка ДНК досить міцна, проте вона може згинатися, змінювати форму, параметри спіралі можуть змінюватися в бік більшої або менше спіралізованості і т. д. - і все це впливає на те, як електрони будуть в ній подорожувати. Нарешті, сама послідовність підстав тут теж важлива - можна припустити, що якісь комплекси генетичних «букв» виявляться більш провідними, ніж інші.
Дійсно, за допомогою комп'ютерного моделювання вдалося з'ясувати, що повторювані гуанінові (G) блоки допомагають електронам бігати хвилями не тільки на малі, але і на великі відстані. І що такі ділянки допоможуть електронам впоратися з перешкодами, що виникають через рух різних частин ДНК-ланцюжка, через вигнутості, викривленості тощо.
Експерименти з короткими, довжиною всього в 6-16 генетичних «букв» фрагментами ДНК показали, що все дійсно так: гуанінові комплекси покращують провідність молекули. Оскільки підстави ланцюгів відповідають один одному за принципом комплементарності, тобто якщо в одній стоїть А, то в іншій буде Т, і якщо в одній - G, то в іншій - С, то і гуанінові блоки виглядали як чергування GC.
Іншими словами, послідовність ДНК впливає на поведінку електронів і на провідність самої молекули. Очевидно, можна спробувати синтезувати таку ДНК, в якій електрони забезпечували б хорошу провідність - така молекула, можливо, змогла б скласти конкуренцію тим бактеріальним ворсинкам, про які йшла мова на початку. З іншого боку, провідність повинна змінюватися через мутації, тобто через зміни в послідовності ДНК, що можна було б якось використовувати в медичній генетиці.