Пылаев Т.Е.^1,*, Хлебцов Б.Н.¹, Богатырев В.А.^1,2, Хлебцов Н.Г.^1,2

¹Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН, Саратов

²Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского, Саратов

В работе обсуждаются основные способы использования золотых наночастиц для обнаружения определенных последовательностей нуклеиновых кислот в растворе. Выделяют два основных типа функционализации золотых наночастиц олигонуклеотидами – химическая и физическая адсорбция. Первый тип предполагает образование ковалентной связи между олигонуклетидом-зондом и поверхностью золотой наночастицы [1]. Наночастицы, функционализованные таким типом, называют маркерами или конъюгатами. Как правило, конъюгаты обладают высокой агрегационной стабильностью, и склонны к дестабилизации только в условиях высокой ионной силы (до 2 М NaCl), в отличие от нефункционализованых наночастиц, пределом коагуляции которых является [NaCl]=0.1 М. При добавлении комплементарной ДНК-мишени к раствору конъюгатов повышается стабильность последних, и агрегации не происходит. В случае некомплементарной мишени, мишени с однобуквенными несоответствиями комплементарной или при отсутствии мишени происходит агрегация конъюгата, что сопровождается изменением цвета с красного на синий или серый.

Второй способ не предполагает предварительного прикрепления зондовых молекул к наночастицам, он основан на взаимодействиях между цвиттерионными однонитевыми молекулами зонда и анионными [2] сферическими или катионными [3] несферическими золотыми наночастицами. Смесь зонда с наночастицей находится в квазистабильном равновесии, нарушить которое можно добавлением ДНК-мишени в гибридизационном буфере. Здесь главную роль играет образование дуплекса зонд-мишень, который, по сути, является полианионным и приводит к агрегации частиц. Метод, предложенный Huang et al. достаточно трудоемкий в исполнении, так как синтез наностержней достаточно сложен. Здесь предлагается новый способ колориметрического детектирования олигонуклеотидов с использованием ЦТАБ-стабилизированных (ЦТАБ - цетилтриметиламмонийбромид) золотых наносфер с диаметром 15-30 нм в качестве меток. Данные метки являются катионными в отличие от анионных цитрат-стабилизированных золотых наносфер, что можно зарегистрировать при помощи измерения дзета-потенциала коллоида. Получение таких наночастиц не требует особых методик синтеза и является хорошо воспроизводимым протоколом. Данная детектирующая платформа была апробирована на моделях генной диагностики ВИЧ-1 и возбудителя сибирской язвы. Биоспецифическая гибридизация зонд-мишень приводит к изменению оптического сигнала системы, который может быть зарегистрирован визуально, спектрофотометрически или методом динамического рассеяния света.

Мы исследовали ПДДА (полидиметилдиаллиламмоний хлорид) и ПЭИ (полиэтиленимин) в качестве катионных стабилизаторов золотых наночастиц. При функционализации золотых наночастиц ПДДА получаются сверхстабильные коллоиды, которые не подвержены агрегации даже при добавлении комплементарной мишени, и в условиях высокой ионной силы. В случае использования ПЭИ получаются нестабильные коллоиды, агрегирующие в гибридизационном буфере.

Авторы [4] описывают способ детектирования ДНК, низкомолекулярных веществ и ионов с использованием золотых наночастиц и конъюгированнго катионного полиэлектролита. По всей видимости, не только ионная природа стабилизирующего (дестабилизирующего) агента является фактором, определяющим успешное проведение детектирования ДНК-мишеней. Вероятно, немаловажную роль играет и химическая структура стабилизатора, а помимо электростатических взаимодействий в процессе гетерокоагуляции наночастиц и полимеров существуют и гидрофобные.

Список использованной литературы:

1. Mirkin C.A., Letsinger R.L., Mucic R.C., Storhoff J.J. Nature. 1996, V.382, P.607-609.

2. Li H., Rothberg L. J. Am. Chem. Soc. 2004, V.126, P.10958–10961.

3. He W., Huang C.Z., Li Y.F., Xie J.P., Yang R.G., Zhou P.F., Wang J. Anal. Chem. 2008, V.80, P.8424–8430.

4. F. Xia, X. Zuo, R. Yang, Y. Xiao, D. Kang, A. Vallée-Bélisle, X. Gonga, J.D. Yuen, B.B.Y. Hsu, A.J. Heeger, K.W. Plaxco. PNAS. 2010, V.107, P.10837–10841.