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.
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Artigo de método
Projetando um robô Bio-responsivo de DNA Origami
Neste artigo
Resumo
Resumo
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.
Protocolo
O robô que vai criar neste documento responde a uma proteína P fazendo uma carga C disponível para se ligar a receptores na superfície de uma célula-alvo escolhida. O robô é mostrado na Figura 1, C pode ser um medicamento de bloqueio do receptor,. De um factor de crescimento, etc, e de uma maneira de ligação é quimicamente a um oligonucleótido de ADN devem estar disponíveis a não destruir a sua função. O robô tem dois estados. Quando inativos portões, DNA nas duas "lábios" externos são cruzados, certificando-se que o robô permanece fechada de tal forma que qualquer carga embarcada dentro dele está bem seqüestrado. Na presen....
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Resultados
Figuras 1-25 são screenshots da interface caDNAno 2.0 mostra o processo de design passo-a-passo. A secção transversal da forma delineada pela primeira vez (Figura 3), seguido por adição automática de andaime fragmentos dos filamentos e na conclusão do caminho de andaime inteira (Figura 7). Fios de grampos são adicionados automaticamente (Figura 12), dividido de acordo com os parâmetros definidos pelo usuário (Figura 14), e editado.......
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Discussão
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 genética. Curiosamente.......
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Divulgações
Os autores não têm nada a revelar.
Agradecimentos
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.
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Autodesk Maya 2012 | Autodesk | Uma conta de estudante/acadêmico precisa ser criada primeiro (consulte as instruções específicas da plataforma em http://cadnano.org) | |
| caDNAno 2.0 (software) | (Código aberto) | Software para o projeto de estruturas de origami de DNA http:// cadnano.org< / a> | |
| Cando (página da web) | (código aberto) | Página da Web executando um simulador de formas de origami de DNA http://cando-dna-origami.org< / a> |
Referências
- 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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Reimpressões e permissões
