DNA Origami bir Bio-duyarlı Robot Tasarımı
Summary
DNA origami DNA moleküllerinin kendi kendini montaj programlayarak hassas nano nesneler imalatı için güçlü bir yöntemdir. Burada, DNA origami biyolojik ipuçları algılama ve şekli daha sonra istediğiniz bir etkisi geçirilen, kaydırarak cevap verebilen bir robot robot tasarımı için kullanılabilir açıklanmıştır.
Abstract
Nükleik asitler şaşırtıcı derecede çok yönlü. Biyolojik bilgi depolama ortamı için 1 olarak doğal rolüne ek olarak, paralel hesaplama 2,3 kullanılan edilebilir, biyolojik olarak tanımak ve moleküler ve hücresel hedefler 4,5 bağlama, kimyasal reaksiyonlar 6,7 katalizör ve hesaplanan yanıtı üretmek sistemi 8,9. Önemlisi, nükleik asitler bir istenen etkiyi uygulamak için önceden belirlenmiş bir yanıt biyolojik ipuçlarının algılama bağlayan tek bir robot tüm bu dikkat çeken özellikleri entegrasyonu sağlayan, 2 ve 3 boyutlu yapıları 10-12 içine kendini monte programlanabilir.
Nükleik asitlerden oluşturma şekiller ilk Seeman 13 tarafından önerilen ve bu konu ile ilgili çeşitli varyasyonlar beri çeşitli teknikler 11,12,14,15 kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bununla birlikte, en önemli olarak adlandırılan DNA origamisi Desteksiz, belki de Rothemund önerdiği biridir16. Bu teknikte, bir uzun (> 7,000 bazlar) tek iplikli DNA 'iskele' arasında katlama 'zımba' olarak adlandırılan kısa tamamlayıcı kollarıdır, yüzlerce istenen şekil yöneliktir. Katlanır sıcaklık tavlama rampa tarafından yürütülmektedir. Bu teknik başarılı olağanüstü hassas ve sağlamlığı ile 2D şekiller çeşitli bir dizi oluşturulması gösterilmiştir. DNA origami sonra da 17,18 olarak 3D şekilde genişletildi.
Mevcut kağıt Douglas ve arkadaşları tarafından geliştirilen caDNAno 2.0 yazılımı 19 üzerinde durulacak. caDNAno çok yönlü özellikleri ile 2 ve 3 boyutlu DNA origami şekillerin tasarım sağlayan sağlam, kullanıcı dostu bir CAD aracıdır. Tasarım süreci nispeten basit ve verimli hale, DNA yapıları için sistematik ve doğru soyutlama düzeni dayanır.
Bu yazıda bir DNA origami na tasarımı göstermekson 20 tarif edilmiştir norobot. Bu robot bir görevi gerçekleştirmek için, harekete için algılama Bağlantıları anlamında 'robot' dir. Biz çeşitli algılama düzenleri yapıya entegre edilebilir nasıl açıklamak, ve nasıl bu istenen etkiyi geçirilebilir. Son olarak şekil için mekanik özelliklerini taklit etmek için Cando 21'i kullanır. Tartışmak kavramı birden fazla görevi ve ayarları adapte edilebilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
DNA origami bize nano de keyfi özellikleri ile doğru tanımlanmış nesneleri imal sağlar. Önemli bir sonraki adım bu tasarımlar içine fonksiyonunun entegrasyonu olacaktır. Birçok uygulama ve zorlukları bu teknoloji ile ele alınabilir ise bu DNA doğal bir ortam temsil olarak, DNA origami gelen tedavi ve bilimsel robotlar imalatı özel bir ilgi vardır. DNA zaten bir genetik bilgi depolama ortamı olarak hücrelerde moleküler makine arayüzler. İlginç bir şekilde, bir nanorobot ya da başka bir makine i?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar son derece değerli tartışmalar ve tavsiyeler ve yararlı tartışmalar ve iş için Bachelet laboratuvar tüm üyeleri için S. Douglas teşekkür etmek istiyorum. Bu çalışma Bar-Ilan Üniversitesi Nanoteknoloji ve kırılgan malzemelerin Yaşam Bilimleri ve Enstitüsü Fakültesi'nden hibe tarafından desteklenmektedir.
Materials
| 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 |
References
- 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. Neural network computation with DNA strand displacement cascades. Nature. 475, 368-372 (2011).
- Ellington, A. D., Szostak, J. W. In vitro selection of RNA molecules that bind specific ligands. Nature. 346, 818-822 (1990).
- Tang, Z., Parekh, P., Turner, P., Moyer, R. W., Tan, W. Generating aptamers for recognition of virus-infected cells. Clin. Chem. 55, 813-822 (2009).
- Baskerville, S., Bartel, D. P. A ribozyme that ligates RNA to protein. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 99, 9154-9159 (2002).
- Bartel, D. P., Szostak, J. W. Isolation of new ribozymes from a large pool of random sequences [see comment]. Science. 261, 1411-1418 (1993).
- Benenson, Y., Gil, B., Ben-Dor, U., Adar, R., Shapiro, E. An autonomous molecular computer for logical control of gene expression. Nature. 429, 423-429 (2004).
- Xie, Z., Wroblewska, L., Prochazka, L., Weiss, R., Benenson, Y. Multi-input RNAi-based logic circuit for identification of specific cancer cells. Science. 333, 1307-1311 (2011).
- Rothemund, P. W., Papadakis, N., Winfree, E. Algorithmic self-assembly of DNA Sierpinski triangles. PLoS Biol. 2, e424 (2004).
- Chen, J. H., Seeman, N. C. Synthesis from DNA of a molecule with the connectivity of a cube. Nature. 350, 631-633 (1991).
- He, Y., et al. Hierarchical self-assembly of DNA into symmetric supramolecular polyhedra. Nature. 452, 198-201 (2008).
- Seeman, N. C. Nucleic acid junctions and lattices. J. Theor. Biol. 99, 237-247 (1982).
- Wei, B., Dai, M., Yin, P. Complex shapes self-assembled from single-stranded DNA tiles. Nature. 485, 623-626 (2012).
- Yin, P., et al. Programming DNA tube circumferences. Science. 321, 824-826 (2008).
- Rothemund, P. W. Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns. Nature. 440, 297-302 (2006).
- Dietz, H., Douglas, S. M., Shih, W. M. Folding DNA into twisted and curved nanoscale shapes. Science. 325, 725-730 (2009).
- Douglas, S. M., et al. Self-assembly of DNA into nanoscale three-dimensional shapes. Nature. 459, 414-418 (2009).
- Douglas, S. M., et al. Rapid prototyping of 3D DNA-origami shapes with caDNAno. Nucleic Acids Res. 37, 5001-5006 (2009).
- Douglas, S. M., Bachelet, I., Church, G. M. A logic-gated nanorobot for targeted transport of molecular payloads. Science. 335, 831-834 (2012).
- Castro, C. E., et al. A primer to scaffolded DNA origami. Nature Methods. 8, 221-229 (1038).
- Ke, Y., et al. Multilayer DNA origami packed on a square lattice. Journal of the American Chemical Society. 131, 15903-15908 (2009).
- Mallikaratchy, P. Using aptamers evolved from cell-SELEX to engineer a molecular delivery platform. Chem. Commun. (Camb). , 3056-3058 (2009).
- Hamad-Schifferli, K., Schwartz, J. J., Santos, A. T., Zhang, S., Jacobson, J. M. Remote electronic control of DNA hybridization through inductive coupling to an attached metal nanocrystal antenna. Nature. 415, 152-155 (2002).
