Origami de DNA é um método poderoso para a fabricação de objetos em nanoescala precisos, programando a auto-montagem de moléculas de DNA. Aqui, nós descrevemos como DNA origami pode ser utilizado para criar um robô robótica capaz de sentir sinais biológicos e responder pela forma de deslocamento, posteriormente retransmitida para o efeito desejado.
Ácidos nucleicos são surpreendentemente versátil. Em adição ao seu papel natural como meio de armazenamento de informação biológica 1, eles podem ser utilizados em computação paralela 2,3, reconhecer e ligar alvos celulares ou moleculares de 4,5, 6,7 catalisar reacções químicas, e gerar respostas calculados numa biológica Sistema de 8,9. Importante, os ácidos nucleicos podem ser programados para se auto-organizar-se em estruturas de 2D e 3D 10-12, permitindo a integração de todas estas características notáveis em um único robô que ligam a detecção de sinais biológicos para uma resposta programada a fim de exercer um efeito desejado.
Criando formas de ácidos nucléicos foi primeiramente proposto por Seeman 13, e várias variações sobre o tema já foram realizados usando várias técnicas 11,12,14,15. No entanto, o mais importante é, talvez, o proposto por Rothemund, denominado scaffolded DNA origami16. Nesta técnica, a dobragem de um comprimento (> 7000 bases) em cadeia simples do ADN "andaime" é dirigida para uma forma desejada por centenas de cadeias complementares curtas chamadas "grampos. Dobramento é efectuado por rampa de temperatura de recozimento. Esta técnica foi demonstrado com sucesso na criação de um conjunto diversificado de formas 2D com precisão notável e robustez. DNA origami foi mais tarde estendido para 3D, bem 17,18.
O presente trabalho terá como foco o software caDNAno 2.0 19 desenvolvido por Douglas e colegas. caDNAno é uma ferramenta CAD robusta e fácil de usar que permite o desenho de 2D e 3D origami de DNA formas com características versáteis. O processo de projeto depende de um esquema de abstração sistemática e precisa de estruturas de DNA, tornando-se relativamente simples e eficiente.
Neste artigo, demonstramos o projeto de um origami de DNA nanorobot que foi recentemente descrito 20. Este robot é 'robótico' no sentido em que ele se vincula detecção da actuação, a fim de executar uma tarefa. Nós explicar como vários esquemas de detecção pode ser integrado na estrutura, e como esta pode ser retransmitido para um efeito desejado. Finalmente usamos Cando 21 para simular as propriedades mecânicas da forma concebida. O conceito de discutirmos pode ser adaptada para várias tarefas e configurações.
Origami de DNA nos permite fabricar objetos bem definidos com características arbitrárias em nanoescala. Um passo importante seria a integração da função para estes projetos. Ainda que muitas aplicações e desafios poderiam ser abordados com essa tecnologia, há um interesse particular na fabricação de robôs terapêuticos e científicos de DNA origami, uma vez que estes representam um meio natural de DNA. ADN já interage com a maquinaria molecular em células como um meio de armazenamento de informação gen?…
The authors have nothing to disclose.
Os autores gostariam de agradecer a S. Douglas para discussões extremamente valiosos e conselhos, e todos os membros do laboratório de Bachelet para discussões úteis e de trabalho. Este trabalho é apoiado por subsídios da Faculdade de Ciências da Vida e do Instituto de Nanotecnologia e Materiais Avançados da Universidade Bar-Ilan.
Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number | Comments |
Autodesk Maya 2012 | Autodesk | A student/academic account needs to be created first (see platform-specific instructions in http://cadnano.org) | |
caDNAno 2.0 (software) | (Open source) | Software for the design of DNA origami structures http://cadnano.org | |
Cando (webpage) | (Open source) | Webpage running a simulator of DNA origami shapes http://cando-dna-origami.org |