Entwerfen einer Bio-responsive Robot von DNA Origami
Summary
DNA-Origami ist eine leistungsfähige Methode zur Herstellung nanoskaliger Objekte präzise durch die Programmierung der Selbstorganisation von DNA-Molekülen. Hier beschreiben wir, wie DNA-Origami genutzt werden, um einen Roboter Roboter erfassen kann biologische Signale und reagiert durch Shape Shifting, anschließend auf eine gewünschte Wirkung weitergeleitet zu entwerfen.
Abstract
Nukleinsäuren sind erstaunlich vielseitig. Neben ihrer natürlichen Funktion als Speichermedium für biologische Informationen 1, sie in parallele Datenverarbeitung 2,3 verwendet werden können, erkennen und binden molekularen oder zellulären Targets 4,5, chemische Reaktionen katalysieren 6,7 und erzeugen berechnet Antworten in einer biologischen System 8,9. Wichtig ist, dass Nukleinsäuren in 2D-und 3D-Strukturen 10-12 Selbstorganisation programmiert werden, so dass die Integration aller dieser bemerkenswerten Merkmale in einem einzigen Roboter verbindet die Erfassung der biologischen Signale auf einen vorgegebenen Antwort, um eine gewünschte Wirkung auszuüben.
Erstellen von Formen von Nukleinsäuren wurde zuerst von Seeman 13 vorgeschlagen, und einige Variationen zu diesem Thema wurden seitdem realisiert unter Verwendung verschiedener Techniken 11,12,14,15. Allerdings ist die wichtigste vielleicht die einzige von Rothemund vorgeschlagen, genannt eingerüstet DNA-Origami16. In dieser Technik wird das Falten eines langen (> 7.000 Basen) einzelsträngige DNA "Gerüst" zu einer gewünschten Form von Hunderten von kurzen komplementären Stränge als 'Klammern' gerichtet. Folding erfolgt durch Tempern Rampe durchgeführt. Diese Technik wurde erfolgreich in der Schaffung einer Vielfalt von 2D-Formen mit bemerkenswerter Präzision und Robustheit unter Beweis gestellt. DNA-Origami wurde später in 3D sowie 17,18 verlängert.
Das aktuelle Papier wird auf dem caDNAno 2.0 Software 19 von Douglas und Kollegen entwickelt konzentrieren. caDNAno ist eine robuste, benutzerfreundliche CAD-Tool ermöglicht das Design von 2D-und 3D-DNA-Origami-Formen mit vielseitigen Funktionen. Der Design-Prozess beruht auf einem systematischen und genauen Abstraktion Regelung für DNA-Strukturen, so dass es relativ einfach und effizient.
In diesem Beitrag zeigen wir den Aufbau eines DNA-Origami-nanorobot, das kürzlich 20 beschrieben. Dieser Roboter ist 'Roboter' in dem Sinne, dass es Links zu Erfassen Betätigung, um eine Aufgabe zu erfüllen. Wir erläutern verschiedene Erfassungsschemata in die Struktur integriert werden können, und wie diese um einen gewünschten Effekt weitergeleitet werden. Schließlich verwenden wir Cando 21 um die mechanischen Eigenschaften der entworfenen Form simulieren. Das Konzept, das wir diskutieren können, um mehrere Aufgaben und Einstellungen angepasst werden.
Protocol
Representative Results
Discussion
DNA-Origami ermöglicht es uns, genau definierten Objekten mit beliebigen Eigenschaften im Nanobereich herzustellen. Ein wichtiger nächster Schritt wäre die Integration der Funktion werden in dieser Entwürfe. Während viele Anwendungen und Herausforderungen, die mit dieser Technik behandelt werden könnten, gibt es ein besonderes Interesse an der Herstellung von therapeutischen und wissenschaftlichen Roboter aus DNA-Origami, da diese eine natürliche Milieu der DNA darstellen. DNA bereits Schnittstellen zu molekulare…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren danken S. Douglas für extrem wertvolle Diskussionen und Ratschläge, und alle Mitglieder der Bachelet Labor für hilfreiche Diskussionen und Arbeit danken. Diese Arbeit wird durch Zuschüsse aus der Fakultät für Life Sciences und Institut für Nanotechnologie und Advanced Materials an der Bar-Ilan-Universität unterstützt.
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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