Область материаловедения стала гудеть от «металлоорганических каркасов» (MOF), универсальных соединений, состоящих из ионов металлов, связанных с органическими лигандами, образуя, таким образом, одно-, двух- или трехмерные структуры. В настоящее время существует постоянно растущий список приложений для MOF, включая отделение нефтехимических продуктов, детоксикацию воды от тяжелых металлов и фторид-анионов и получение из нее водорода или даже золота.

Но недавно ученые начали создавать MOF, состоящие из строительных блоков, которые обычно составляют биомолекулы, например, аминокислоты для белков или нуклеиновые кислоты для ДНК. Помимо традиционного использования MOF в химическом катализе, эти биологически полученные MOF могут также использоваться в качестве моделей для сложных биомолекул, которые трудно выделить и исследовать с помощью других средств.

Теперь команда инженеров-химиков из EPFL Вале Уоллис синтезировала новый MOF биологического происхождения, который можно использовать в качестве «нанореактора» — места, где могут происходить крошечные, иначе недоступные реакции. Во главе с Кириакосом Стилиану ученые из лабораторий Беренд Смит и Линдон Эмсли сконструировали и проанализировали новый MOF с молекулами аденина — одной из четырех нуклеиновых основ, которые составляют ДНК и РНК.

Причина этого заключалась в том, чтобы имитировать функции ДНК, одна из которых включает водородные связи между аденином и другим нуклеиновым основанием, тимином. Это критический шаг в формировании двойной спирали ДНК, но он также способствует общему сворачиванию ДНК и РНК внутри клетки.

Изучая их новую MOF, исследователи обнаружили, что молекулы тимина диффундируют в его поры. Имитируя эту диффузию, они обнаружили, что молекулы тимина были водородно связаны с молекулами аденина в полостях MOF, что означает, что он успешно имитировал то, что происходит с ДНК.

«Молекулы аденина действуют как структурообразующие агенты и« блокируют »молекулы тимина в определенных местах внутри полостей нашего MOF», — говорит Кириакос Стилиану. Таким образом, исследователи воспользовались этой блокировкой и осветили загруженный тимином MOF — способ катализировать химическую реакцию.

В результате молекулы тимина могут быть димеризованы в дитиминовый продукт, который ученые смогли выделить — огромное преимущество, учитывая, что дитимин связан с раком кожи и теперь может быть легко выделен и изучен.

«В целом, наше исследование подчеркивает полезность биологически полученных MOF в качестве нанореакторов для захвата биологических молекул посредством специфических взаимодействий и для превращения их в другие молекулы», — говорит Стилиану.