Исследователи из Германии и США с помощью методики ДНК-оригами (DNA origami) создали искусственный ионный канал, который проходит сквозь синтетическую клеточную мембрану. Ионные каналы нанометрового размера, самоорганизовавшиеся при участии молекулярного шаблона, удерживаются на месте за счет холестериновых фрагментов, входящих в состав мембраны. Электрохимические тесты говорят, что синтетические ионные каналы действуют подобно клеточным ионным каналам природного происхождения.

Фридрих Зиммель (Friedrich Simmel) из Технического Университета Мюнхена с коллегами надеялся создать синтетическое подобие белковых ионных каналов, которые можно считать воротами, отделяющими внутреннюю часть клетки от внешней среды.

Такие каналы переносят ионы, воду и другие вещества через непроницаемую во всех других случаях мембрану; каналы реагируют на условия внутри клетки и пропускают соответствующие вещества в клетку по требованию. Собираясь создать полностью синтетический канал, похожий на природные синтетические каналы исходя из α-гемолизина.

Исследователи использовали технологию получения ДНК-оригами с помощью шаблона, чтобы инициировать самоорганизацию канала из компонентов.

Технология ДНК-оригами заключается в том, что нить ДНК сворачивается в трехмерную наноразмерную структуру за счет спаривания комплементарных азотистых оснований, при этом меньшие по размеру нити ДНК играют роль направляющих, и последовательность их нуклеотидов контролирует зоны суперспирализации. Продукт, полученный исследователями, представляет собой стержнеобразные продукты, которые могут проникать через липидную мембрану. Исследователи добавляют, что для закрепления ионного канала длиной 42 нм в мембране они использовали 26 холестериновых фрагментов.

Природные каналы часто демонстрируют поведение логической схемы, в соответствии с которым они могут переключаться между двумя конформациями, одна из которых открыта для целевого иона, молекулы воды или другого соединения, в то время, как в другой конформации ионный канал закрывается.

Исследователи обнаружили, что искусственные каналы ведут себя похожим образом, однако это могло происходить из-за случайных флуктуаций температуры, а не из-за того, что процесс контролируем. Для демонстрации того, что процесс не является случайным, исследователи получили три различных варианта канала, в которых короткая цепочка ДНК находилась в различном положении относительно ядра канала.

Было обнаружено, что

в трех новых типах каналов возможность функционирования в качестве ворот, способных открываться и закрываться, была более очевидной, а время отпирания и запирания зависело от длины короткой цепочки ДНК.

Это обстоятельство позволяет предположить, что процесс управляется особенностями структуры оригами из ДНК, а не флуктуациями температуры.