Origami di DNA è un potente metodo per la realizzazione di oggetti in nanoscala precise programmando l'auto-assemblaggio di molecole di DNA. Qui, descriviamo come origami di DNA può essere utilizzato per progettare un robot in grado di rilevare segnali biologici e rispondenti, per il cambiamento di forma, successivamente trasmesso ad un effetto desiderato.
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Articolo metodologico
Progettazione di un robot bio-sensibile da DNA Origami
In questo articolo
Sommario
Abstract
Gli acidi nucleici sono sorprendentemente versatile. Oltre al loro ruolo naturale come supporto di memorizzazione per informazioni biologiche 1, possono essere utilizzati in parallelo computazione 2,3, riconoscono e si legano bersagli molecolari o cellulari 4,5, 6,7 catalizzano reazioni chimiche, e generano risposte calcolate in biologico Sistema di 8,9. Soprattutto, gli acidi nucleici possono essere programmate per auto-assemblano in strutture 2D e 3D 10-12, consentendo l'integrazione di tutte queste caratteristiche notevoli in un unico robot che collegano il rilevamento di segnali biologici per una risposta predeterminata per esercitare un effetto desiderato.
Creare forme di acidi nucleici è stata proposta da Seeman 13, e diverse variazioni sul tema sono stati da allora realizzati con varie tecniche 11,12,14,15. Tuttavia, il più significativo è forse quello proposto da Rothemund, definito scaffolded DNA origami16. In questa tecnica, la piegatura di una lunga (> 7000 basi) a singolo filamento di DNA 'scaffold' è diretta ad una forma desiderata da centinaia di corti filamenti complementari denominati 'graffette'. Piegatura viene effettuata da temperatura rampa ricottura. Questa tecnica è stata dimostrata con successo nella creazione di una gamma di forme 2D con notevole precisione e robustezza. Origami di DNA è stato successivamente esteso al 3D e 17,18.
Il documento attuale si concentrerà sul software caDNAno 2.0 19 sviluppato da Douglas e colleghi. caDNAno è un robusto, facile da usare strumento CAD che consente la progettazione di forme 2D e 3D origami di DNA con caratteristiche versatili. Il processo di configurazione si basa su uno schema di astrazione sistematica e accurata per strutture del DNA, che rende relativamente semplice ed efficiente.
In questo lavoro abbiamo dimostrato la progettazione di un origami di DNA ndnorobot che è stata recentemente descritta 20. Questo robot è 'robotica', nel senso che ci è concesso di rilevamento di attuazione, al fine di eseguire un compito. Vi spieghiamo come vari sistemi di rilevamento possono essere integrati nella struttura, e come questo può essere inoltrato a un effetto desiderato. Infine usiamo Cando 21 per simulare le proprietà meccaniche della forma progettata. Il concetto discutiamo può essere adattato a molteplici compiti e le impostazioni.
Protocollo
Il robot verrà costruito in questo documento risponde ad una proteina P facendo un carico C disponibili per legarsi ai recettori sulla superficie di una cellula bersaglio prescelto. Il robot è mostrato in Figura 1 C può essere un farmaco recettore-bloccaggio;. Un fattore di crescita, ecc, e un modo per collegare chimicamente ad un oligonucleotide DNA deve essere disponibile che non distrugge la sua funzione. Il robot dispone di due stati. Quando, cancelli DNA inattivo sul due "labbra" esterni sono ibridate, assicurandosi che il robot rimane chiuso in modo tale che qualsiasi carico caricata all'interno di esso è sequestr....
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Risultati
Figure 1-25 sono schermate dell'interfaccia caDNAno 2.0 che mostra il processo di progettazione passo-passo. La sezione trasversale della forma è stato illustrato (figura 3), seguito da aggiunta automatica di scaffold frammenti filamento e completamento dell'intero percorso ponteggio (Figura 7). Filoni Staple vengono aggiunti automaticamente (Figura 12), suddivisi in base a parametri definiti dall'utente (Figura 14), e.......
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Discussione
Origami di DNA ci permette di fabbricare oggetti accuratamente definiti funzioni arbitrarie su scala nanometrica. Un importante passo successivo sarà l'integrazione della funzione in questi disegni. Mentre molte applicazioni e le sfide possono essere affrontate con questa tecnologia, vi è un particolare interesse per la fabbricazione di robot terapeutici e scientifici da origami di DNA, in quanto questi rappresentano un ambiente naturale di DNA. DNA si interfaccia già con macchine molecolari in cellule come una info.......
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Ringraziamenti
Gli autori desiderano ringraziare S. Douglas per il grande valore discussioni e consigli, e tutti i membri del laboratorio Bachelet per utili discussioni e lavoro. Questo lavoro è supportato da finanziamenti della Facoltà di Scienze della Vita e Istituto di nanotecnologia e materiali avanzati a Bar-Ilan University.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Autodesk Maya 2012 | Autodesk | È necessario creare prima un account studente/accademico (vedere le istruzioni specifiche della piattaforma in http://cadnano.org) | |
| caDNAno 2.0 (software) | (Open source) | Software per la progettazione di strutture origami di DNA http:// cadnano.org | |
| Cando (pagina web) | (Open source) | Pagina web che esegue un simulatore di forme di origami di DNA http://cando-dna-origami.org |
Riferimenti
- Watson, J. D., Crick, F. H. Genetical implications of the structure of deoxyribonucleic acid. Nature. 171, 964-967 (1953).
- Adleman, L. M. Molecular computation of solutions to combinatorial problems. Science. 266, 1021-1024 (1994).
- Qian, L., Winfree, E., Bruck, J. ....
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Ristampe e permessi
