Name: Conception dun robot Bio-sensible de lADN origami (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-07-08T12:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 32 s
Description: Découvrez la conception d'un robot biosensible en origami d'ADN utilisant le logiciel CAD nano. Cette méthode standardisée permet de créer des nanorobots capables de répondre à des signaux biologiques pour des applications biomédicales.

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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&#39;Institut de nanotechnologie et des matériaux de pointe à l&#39;Université Bar-Ilan.

<ol><li>Watson, J. D., Crick, F. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Genetical+implications+of+the+structure+of+deoxyribonucleic+acid%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Genetical implications of the structure of deoxyribonucleic acid.</a> Nature. 171, 964-967 (1953).</li>
<li>Adleman, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+computation+of+solutions+to+combinatorial+problems%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Molecular computation of solutions to combinatorial problems.</a> Science. 266, 1021-1024 (1994).</li>
<li>Qian, L., Winfree, E., Bruck, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+network+computation+with+DNA+strand+displacement+cascades%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Neural network computation with DNA strand displacement cascades.</a> Nature. 475, 368-372 (2011).</li>
<li>Ellington, A. D., Szostak, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vitro+selection+of+RNA+molecules+that+bind+specific+ligands%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">In vitro selection of RNA molecules that bind specific ligands.</a> Nature. 346, 818-822 (1990).</li>
<li>Tang, Z., Parekh, P., Turner, P., Moyer, R. W., Tan, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Generating+aptamers+for+recognition+of+virus-infected+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Clin.+Chem%22%5BJournal%5D)">Generating aptamers for recognition of virus-infected cells.</a> Clin. Chem. 55, 813-822 (2009).</li>
<li>Baskerville, S., Bartel, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+ribozyme+that+ligates+RNA+to+protein%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.S.A%22%5BJournal%5D)">A ribozyme that ligates RNA to protein.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 99, 9154-9159 (2002).</li>
<li>Bartel, D. P., Szostak, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Isolation+of+new+ribozymes+from+a+large+pool+of+random+sequences+%5Bsee+comment%5D%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Isolation of new ribozymes from a large pool of random sequences [see comment].</a> Science. 261, 1411-1418 (1993).</li>
<li>Benenson, Y., Gil, B., Ben-Dor, U., Adar, R., Shapiro, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+autonomous+molecular+computer+for+logical+control+of+gene+expression%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">An autonomous molecular computer for logical control of gene expression.</a> Nature. 429, 423-429 (2004).</li>
<li>Xie, Z., Wroblewska, L., Prochazka, L., Weiss, R., Benenson, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multi-input+RNAi-based+logic+circuit+for+identification+of+specific+cancer+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Multi-input RNAi-based logic circuit for identification of specific cancer cells.</a> Science. 333, 1307-1311 (2011).</li>
<li>Rothemund, P. W., Papadakis, N., Winfree, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Algorithmic+self-assembly+of+DNA+Sierpinski+triangles%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+Biol%22%5BJournal%5D)">Algorithmic self-assembly of DNA Sierpinski triangles.</a> PLoS Biol. 2, e424(2004).</li>
<li>Chen, J. H., Seeman, N. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+from+DNA+of+a+molecule+with+the+connectivity+of+a+cube%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Synthesis from DNA of a molecule with the connectivity of a cube.</a> Nature. 350, 631-633 (1991).</li>
<li>He, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hierarchical+self-assembly+of+DNA+into+symmetric+supramolecular+polyhedra%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Hierarchical self-assembly of DNA into symmetric supramolecular polyhedra.</a> Nature. 452, 198-201 (2008).</li>
<li>Seeman, N. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nucleic+acid+junctions+and+lattices%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Theor.+Biol%22%5BJournal%5D)">Nucleic acid junctions and lattices.</a> J. Theor. Biol. 99, 237-247 (1982).</li>
<li>Wei, B., Dai, M., Yin, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Complex+shapes+self-assembled+from+single-stranded+DNA+tiles%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Complex shapes self-assembled from single-stranded DNA tiles.</a> Nature. 485, 623-626 (2012).</li>
<li>Yin, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Programming+DNA+tube+circumferences%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Programming DNA tube circumferences.</a> Science. 321, 824-826 (2008).</li>
<li>Rothemund, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Folding+DNA+to+create+nanoscale+shapes+and+patterns%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns.</a> Nature. 440, 297-302 (2006).</li>
<li>Dietz, H., Douglas, S. M., Shih, W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Folding+DNA+into+twisted+and+curved+nanoscale+shapes%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Folding DNA into twisted and curved nanoscale shapes.</a> Science. 325, 725-730 (2009).</li>
<li>Douglas, S. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-assembly+of+DNA+into+nanoscale+three-dimensional+shapes%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Self-assembly of DNA into nanoscale three-dimensional shapes.</a> Nature. 459, 414-418 (2009).</li>
<li>Douglas, S. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+prototyping+of+3D+DNA-origami+shapes+with+caDNAno%5BTitle%5D)+AND+%22Nucleic+Acids+Res%22%5BJournal%5D)">Rapid prototyping of 3D DNA-origami shapes with caDNAno.</a> Nucleic Acids Res. 37, 5001-5006 (2009).</li>
<li>Douglas, S. M., Bachelet, I., Church, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+logic-gated+nanorobot+for+targeted+transport+of+molecular+payloads%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">A logic-gated nanorobot for targeted transport of molecular payloads.</a> Science. 335, 831-834 (2012).</li>
<li>Castro, C. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+primer+to+scaffolded+DNA+origami%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Methods%22%5BJournal%5D)">A primer to scaffolded DNA origami.</a> Nature Methods. 8, 221-229 (1038).</li>
<li>Ke, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multilayer+DNA+origami+packed+on+a+square+lattice%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Multilayer DNA origami packed on a square lattice.</a> Journal of the American Chemical Society. 131, 15903-15908 (2009).</li>
<li>Mallikaratchy, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Using+aptamers+evolved+from+cell-SELEX+to+engineer+a+molecular+delivery+platform%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Commun.+%28Camb%29%22%5BJournal%5D)">Using aptamers evolved from cell-SELEX to engineer a molecular delivery platform.</a> Chem. Commun. (Camb). , 3056-3058 (2009).</li>
<li>Hamad-Schifferli, K., Schwartz, J. J., Santos, A. T., Zhang, S., Jacobson, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Remote+electronic+control+of+DNA+hybridization+through+inductive+coupling+to+an+attached+metal+nanocrystal+antenna%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Remote electronic control of DNA hybridization through inductive coupling to an attached metal nanocrystal antenna.</a> Nature. 415, 152-155 (2002).</li>
</ol>

Les auteurs n&#39;ont rien à révéler.

ADN origami nous permet de fabriquer des objets définis avec précision avec des caractéristiques arbitraires à l&#39;échelle nanométrique. Une prochaine étape importante serait l&#39;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&#39;ADN origami, car ils représentent un milieu naturel de l&#39;ADN. ADN s&#39;interface déjà des mach...

<table><tbody><tr><td>Autodesk Maya 2012</td><td>Autodesk</td><td></td><td>Un compte étudiant/académique doit d’abord être créé (voir les instructions spécifiques à la plate-forme dans <a href="http://cadnano.org » target="_blank">http://cadnano.org</a>)</td></tr><tr><td>caDNAno 2.0 (logiciel)</td><td>(Open source)</td><td></td><td>Logiciel pour la conception de structures d’origami d’ADN <a href="http://cadnano.org/ » target="_blank">http:// cadnano.org</a></td></tr><tr><td>Cando (page web)</td><td>(Open source)</td><td></td><td>Page web exécutant un simulateur de formes d’origami d’ADN <a href="http://cando-dna-origami.org » target="_blank">http://cando-dna-origami.org</a></td></tr></tbody></table>

conception d&#39;un robot bio-sensible de l&#39;adn origami

Designing a Bio-responsive Robot from DNA Origami

Les acides nucléiques sont étonnamment polyvalent. En plus de leur rôle naturel comme support de stockage pour l&#39;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&#39;auto-assembler en structures 2D et 3D 10-12, permettant l&#39;intégration de toutes ces caractéristiques remarquables dans un seul robot reliant la détection d&#39;indices biologiques pour une réponse prédéfinie afin d&#39;exercer un effet désiré. Création de formes à partir d&#39;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&#39;une longue (&gt; 7000 bases) de l&#39;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&#39;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&#39;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&#39;abstraction systématique et précise des structures d&#39;ADN, ce qui en fait relativement simple et efficace. Dans cet article, nous démontrons la conception d&#39;un origami na ADNnorobot qui a été récemment décrit 20. Ce robot est «robotique» dans le sens qu&#39;il relie à l&#39;actionnement de détection, afin d&#39;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.

<html> Les chiffres sont 1-25 captures d&#39;écran de l&#39;interface caDNAno 2.0 montrant le processus de conception étape par étape. La section transversale de la forme a été décrite (Figure 3), suivie de l&#39;addition automatique des fragments de brins d&#39;échafaudage et l&#39;achèvement de l&#39;ensemble du chemin échafaud (figure 7). Brins de base sont automatiquement ajoutées (Figure 12), répartis en fonction des paramètres défi...

ADN origami est une puissante méthode pour fabriquer des objets nanométriques précis en programmant l&#39;auto-assemblage de molécules d&#39;ADN. Ici, nous décrivons comment l&#39;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.

Conception d&#39;un robot Bio-sensible de l&#39;ADN origami

Nucleic acids are astonishingly versatile. In addition to their natural role as storage medium for biological information1, they can be utilized in ...

L'objectif général de cette procédure est de concevoir un dispositif robotique en origami d'ADN à l'aide du logiciel CAD nano. Cela s'accomplit d'abord en installant CAD nano et en l'utilisant pour définir la forme générale du robot. La deuxième étape consiste à concevoir le trajet du brin d'échafaudage.Ensuite, les agrafes sont insérées et modifiées. L'étape finale consiste à définir les caractéristiques de contrôle, notamment la charge utile, les sites d'attachement et les portes logiques. En fin de compte, une liste de fragments d'ADN est générée afin d'être commandée avant l'assemblage.Le principal avantage de cette technique est qu'elle simplifie et normalise la conception d'objets en origami d'ADN pour diverses applications. La procédure sera démontrée par Alad Bei, chercheur postdoctoral, qui travaille sur la dynamique de robots en origami d'ADN dans mon laboratoire. Pour commencer cette procédure, téléchargez et installez CAD nano two et Autodesk Maya 2012.Selon les instructions sur http://cadnano.org, l'interface de conception de CAD nano dans Maya comprend trois panneaux. Le panneau supérieur est la vue de treillis, où la forme est initialement esquissée.Ce panneau permet

designing-a-bio-responsive-robot-from-dna-origami

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JoVE Journal

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Bioingénierie

L’origami d’ADN est une méthode puissante pour fabriquer des objets précis à l’échelle nanométrique en programmant l’auto-assemblage de molécules d’ADN. Nous décrivons ici un protocole pour le pliage d’un robot bio-réactif à partir d’origami d’ADN, sa purification et sa coloration négative pour l’imagerie au microscope électronique à transmission (MET).

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Le pavage d’ADN est une approche efficace pour fabriquer des nanostructures programmables. Nous décrivons les protocoles permettant de construire des formes bidimensionnelles complexes par l’auto-assemblage de tuiles d’ADN simple brin.

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Des procédés de nettoyage reproductibles pour les substrats utilisés dans la recherche sur l’origami d’ADN sont décrits, y compris le nettoyage RCA sur paillasse et la dérivation de l’oxyde de silicium. Des protocoles pour la préparation de surface, le dépôt d’ADN en origami, les paramètres de séchage et les configurations expérimentales simples sont illustrés.

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Est présenté ici, un workflow automatisé pour effectuer le montage de « dispositif » ADN modulaire en utilisant une méthode d’assemblage des ADN clonage modulaire sur les robots de manutention liquide. Le protocole utilise un outil logiciel intuitif pour générer des listes déroulantes gestionnaire liquide pour combinatoire génération de bibliothèque dispositif ADN, qui nous montrent l’utilisation de deux plates-formes de manipulation de liquides.

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Ici, un protocole pour la protection des nanostructures origami ADN dans les médias appauvris en Mg et la nucléase riches à l’aide de polysaccharide cationique naturel chitosan et revêtements synthétiques polyéthylèneimine linéaire (LPEI) est présenté.

Thérapie génique inspiré Polycation enduit pour la Protection de l’ADN Origami Nanostructures

Les auteurs décrivent le protocole détaillé pour l’assemblage d’axée sur l’origami en ADN des nanotiges en or en chiraux plasmoniques metamolecules avec forte chiroptiques réponses. Le protocole n’est pas limité aux configurations chirale et peut être facilement adapté pour la fabrication de diverses architectures plasmoniques.

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Ici, nous décrivons un protocole pour créer des nanostructures inorganiques discrètes et précises sur des substrats utilisant des formes d'origami d'ADN comme modèles de guidage. La méthode est démontrée par la création d'antennes en forme de noeud papillon en or plasmonique sur un substrat transparent (saphir).

ADN Origami-Mediated Substrate Nanopatterning of Inorganic Structures for Sensing Applications

L'objectif de ce protocole est de former des ensembles de moteurs moléculaires sur les nanostructures d'origami d'ADN et d'observer la motilité d'ensemble en utilisant la microscopie interne totale de fluorescence de réflexion.

Production d'ensembles moteurs d'adn et de kinésine sur des nanostructures d'origami d'ADN pour l'observation d'une seule molécule

Un échafaudage bioinspiré est fabriqué par une technique de photolithographie douce à l’aide d’hydrogels mécaniquement robustes et électriques. Les hydrogels micropatterned fournissent l’alignement directionnel de cellules de cardiomyocyte, ayant pour résultat une direction adaptée de l’actionnement. Des microélectrodes flexibles sont également intégrées dans l’échafaudage pour apporter une contrôlabilité électrique pour un tissu cardiaque auto-actionnant.

Robot doux bioinspiré avec microélectrodes incorporées

Nous décrivons l’ingénierie d’une nouvelle ARN polymérase T7 attachée à l’ADN pour réguler les réactions de transcription in vitro. Nous discutons des étapes de la synthèse et de la caractérisation des protéines, validons la régulation transcriptionnelle de la preuve de concept et discutons de ses applications en informatique moléculaire, en diagnostic et en traitement de l’information moléculaire.

ARN polymérase attachée à l’ADN pour la transcription in vitro programmable et le calcul moléculaire

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