Projetando um robô Bio-responsivo de DNA Origami
Summary
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.
Abstract
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.
Protocol
Representative Results
Discussion
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?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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.
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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