Jyväskylän yliopiston tutkijat ovat kehittäneet uuden menetelmän, jonka avulla synteettisiä molekyylejä voidaan ohjelmoida järjestäytymään itsestään tarkasti määritellyiksi kolmiulotteisiksi rakenteiksi. Tutkimus vie keinotekoisten molekyylien suunnittelua lähemmäksi luonnossa esiintyvää molekyylien hienopiirteistä järjestäytymistä ja voi tulevaisuudessa avata uusia mahdollisuuksia toiminnallisten materiaalien kehittämiseen.

Elävissä organismeissa esimerkiksi proteiinit saavat säännönmukaisesti tietyn muodon niiden molekyylijärjestykseen koodatun informaation perusteella. Vastaavan rakenteellisen tarkkuuden saavuttaminen synteettisillä molekyyleillä on kuitenkin ollut haastavaa.

Jyväskylän yliopiston tutkijat ovat osoittaneet, että keinotekoiseen molekyyliin voidaan sisällyttää useita järjestäytymistä ohjaavia informaatiotasoja. Tutkimuksessa molekyylit saatiin muodostamaan valikoivasti kolmoiskierre, jossa kolme molekyyliketjua kiertyy toistensa ympärille vastapäivään. Samalla muiden mahdollisten rakenteiden muodostuminen pystyttiin tehokkaasti estämään.

Tutkijoiden kehittämä menetelmä perustuu kaksitasoiseen hierarkkiseen sekvenssinhallintaan. Molekyyliin koodattu ensimmäinen informaatiotaso rajaa mahdolliset rakenteet neljään erilaiseen kierteeseen. Toinen informaatiotaso puolestaan ohjaa molekyylin muodostamaan niistä yhden tietyn rakenteen, vastapäivään kiertyvän kolmoiskierteen.

– Keskeistä on, että molekyylijärjestystä hienosäätämällä pystymme hyvin tarkasti hallitsemaan muodostuvaa kolmiulotteista rakennetta. Tutkimuksessa havaitsimme, että molekyylijärjestyksen huolellinen optimointi on ratkaisevaa näin tarkan rakenteellisen hallinnan saavuttamiseksi, kertoo tutkimusta johtanut professori Fabien Cougnon Jyväskylän yliopistosta tiedotteessa.

Tutkimus vie tutkijoita lähemmäksi synteettisiä molekyylejä, jotka voivat muuntaa niihin koodatun informaation ennustettavasti monimutkaisiksi kolmiulotteisiksi rakenteiksi luonnon molekyylien tavoin.

– Pitkän aikavälin tavoitteenamme on oppia suunnittelemaan molekyylejä, joiden muodostamia rakenteita voidaan ennustaa ja hallita yhä tarkemmin. Tällainen ohjelmoitava itsejärjestäytyminen voi tulevaisuudessa tarjota uusia mahdollisuuksia esimerkiksi älykkäiden materiaalien ja molekyylitason laitteiden sekä muiden uusien edistyneiden teknologioiden kehittämiseen, Cougnon sanoo.

Tulokset on julkaistu arvostetussa Angewandte Chemie International Edition -lehdessä.

Aamuset-kaupunkimedia (AKM)