Conception d'un robot Bio-sensible de l'ADN origami
Summary
ADN origami est une puissante méthode pour fabriquer des objets nanométriques précis en programmant l'auto-assemblage de molécules d'ADN. Ici, nous décrivons comment l'ADN origami peut être utilisé pour concevoir un robot robotique capable de détecter des signaux biologiques et répondre par changement de forme, puis relayés à un effet désiré.
Abstract
Les acides nucléiques sont étonnamment polyvalent. En plus de leur rôle naturel comme support de stockage pour l'information biologique 1, ils peuvent être utilisés dans le calcul parallèle 2,3, reconnaissent et se lient cibles moléculaires ou cellulaires 4,5, catalyser des réactions chimiques 6,7 et génèrent des réponses calculées dans un biologique système 8,9. Surtout, les acides nucléiques peuvent être programmés pour s'auto-assembler en structures 2D et 3D 10-12, permettant l'intégration de toutes ces caractéristiques remarquables dans un seul robot reliant la détection d'indices biologiques pour une réponse prédéfinie afin d'exercer un effet désiré.
Création de formes à partir d'acides nucléiques a été proposée par Seeman 13, et plusieurs variations sur ce thème ont depuis été réalisé en utilisant diverses techniques 11,12,14,15. Cependant, le plus important est peut-être celui proposé par Rothemund, appelée échafaudage ADN origami16. Dans cette technique, le pliage d'une longue (> 7000 bases) de l'ADN simple brin «échafaudage» est dirigé vers une forme désirée par des centaines de brins complémentaires courtes appelées «agrafes». Le pliage est effectué par une rampe de température de recuit. Cette technique a été démontrée avec succès dans la création d'un large éventail de formes 2D avec une remarquable précision et de robustesse. ADN origami a ensuite été étendu à la 3D ainsi 17,18.
Le présent document mettra l'accent sur le logiciel caDNAno 2.0 19 développé par Douglas et ses collègues. caDNAno est un outil de CAO robuste, convivial permettant la conception de 3D ADN origami formes 2D et avec des fonctions polyvalentes. Le processus de conception repose sur un schéma d'abstraction systématique et précise des structures d'ADN, ce qui en fait relativement simple et efficace.
Dans cet article, nous démontrons la conception d'un origami na ADNnorobot qui a été récemment décrit 20. Ce robot est «robotique» dans le sens qu'il relie à l'actionnement de détection, afin d'effectuer une tâche. Nous expliquons comment différents systèmes de détection peuvent être intégrés dans la structure, et comment cela peut être relayé à un effet désiré. Enfin, nous utilisons Cando 21 pour simuler les propriétés mécaniques de la forme conçue. Le concept que nous discutons peut être adapté à de multiples tâches et réglages.
Protocol
Representative Results
Discussion
ADN origami nous permet de fabriquer des objets définis avec précision avec des caractéristiques arbitraires à l'échelle nanométrique. Une prochaine étape importante serait l'intégration de la fonction dans ces dessins. Alors que de nombreuses applications et les défis pourraient être traités avec cette technologie, il ya un intérêt particulier dans la fabrication de robots thérapeutiques et scientifiques de l'ADN origami, car ils représentent un milieu naturel de l'ADN. ADN s'interfac…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs tiennent à remercier S. Douglas pour des discussions et des conseils extrêmement précieux, et tous les membres du laboratoire Bachelet pour des discussions utiles et de travail. Ce travail est soutenu par des subventions de la Faculté des sciences de la vie et de l'Institut de nanotechnologie et des matériaux de pointe à l'Université Bar-Ilan.
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 |
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