Name: עיצוב רובוט ביו תגובה מ-DNA אוריגמי (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-07-08T12:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 32 s
Description: למדו לעצב רובוט ביו-תגובה מ-DNA אוריגמי באמצעות תוכנת CAD nano. השיטה כוללת תכנון מסלול סקפולד, הוספת סטייפלים וקביעת אתרי מטען ושערים ליצירת מכשיר ננו-רובוטי תגוב.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

המחברים מבקשים להודות לס דאגלס לדיונים מאוד יקרי ערך וייעוץ, ואת כל החברים במעבדה בצלת לדיונים ועבודה מועילים. עבודה זו נתמכת על ידי מענקים מהפקולטה למדעי חיים והמכון לננוטכנולוגיה וחומרים מתקדמים באוניברסיטת בר אילן.

<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>

המחברים אין לחשוף.

ה-DNA אוריגמי מאפשר לנו לייצר אובייקטים שהוגדרו במדויק עם תכונות שרירותיות בקנה המידה ננומטרי. השלב הבא חשוב יהיה האינטגרציה של פונקציה לתוך עיצובים אלה. בעוד יישומים רבים ואתגרים ניתן להתמודד עם טכנולוגיה זו, יש עניין מיוחד בבודת רובוטים טיפוליים ומדעיים מאוריגמי DNA, כמו אלה מייצגים סביבה טבעית של ה-DNA. ה-DNA כבר ממשקים עם מכונות מולקולריות בתאים כאמצעי אחסון מידע גנטי. מעניין, את ה-DNA המקופל בnanorobot או מכונה אחרת עדיין יכול לשמש כמידע גנטי בנוסף להיותו חומר בנייה, אשר יכול...

<table><tbody><tr><td>Autodesk Maya 2012</td><td>Autodesk</td><td></td><td>יש ליצור תחילה חשבון סטודנט/אקדמי (ראה הוראות ספציפיות לפלטפורמה ב<a href="http://cadnano.org" target="_blank">http://cadnano.org</a>)</td></tr><tr><td>caDNAno 2.0 (תוכנה)</td><td>(קוד פתוח)</td><td></td><td>תוכנה לעיצוב מבני אוריגמי DNA <a href="http://cadnano.org/" target="_blank">http:// cadnano.org</a></td></tr><tr><td>Cando (webpage)</td><td>(קוד פתוח)</td><td></td><td>דף אינטרנט המריץ סימולטור של צורות אוריגמי DNA <a href="http://cando-dna-origami.org" target="_blank">http://cando-dna-origami.org</a></td></tr></tbody></table>

עיצוב רובוט ביו תגובה מ-dna אוריגמי

Designing a Bio-responsive Robot from DNA Origami

חומצות גרעין הן להדהים תכליתית. בנוסף לתפקידם הטבעי כאמצעי אחסון למידע ביולוגי 1, הם יכולים להיות מנוצלים במחשוב מקביל 2,3, להכיר ולאגד מטרות מולקולריות או תאי 4,5, לזרז תגובות כימיות 6,7, וליצור תגובות שחושבו בביולוגי מערכת 8,9. חשוב מכך, ניתן לתכנת חומצות גרעין עצמית להרכיב לתוך מבני 2D and 3D 10-12, המאפשרות שילוב של כל התכונות המרשימות האלה ברובוט אחד המקשרות את חישה של אותות ביולוגיים לתגובה מוגדרת מראש על מנת להפעיל את אפקט רצוי. יצירת צורות מחומצות גרעין הוצעה לראשונה על ידי סימן 13, וכמה וריאציות על הנושא הזה מאז מומשו תוך שימוש בטכניקות שונות 11,12,14,15. עם זאת, משמעותי ביותר הוא אולי אחד המוצע על ידי רותמונד, כינה מלווה בתמיכת ה-DNA אוריגמי16. בטכניקה זו, הקיפול של גדילי דנ&quot;א יחיד &#39;פיגום&#39; ארוך (&gt; 7,000 בסיסים) מופנה לצורה רצויה על ידי מאות גדילים המשלימים הקצרים כינה &quot;סיכות&quot;. הקיפול מתבצע על ידי רמפת חישול בטמפרטורה. טכניקה זו באה לידי ביטוי בהצלחה ביצירת מערך מגוון של צורות 2D עם דיוק וחוסן ראויים לציון. ה-DNA אוריגמי הוארך מאוחר יותר ל 3D, כמו גם 17,18. המאמר הנוכחי יתמקד בתוכנת caDNAno 2.0 19 שפותחה על ידי דאגלס ועמיתיו. caDNAno הוא חזק כלי CAD ידידותי למשתמש, המאפשר עיצוב של 2D וצורות 3D אוריגמי DNA עם תכונות מגוונות. תהליך העיצוב מסתמך על ערכת הפשטה שיטתית ומדויקת למבני DNA, מה שהופך אותו פשוט יחסית ויעילה. במאמר זה ידגים לנו את העיצוב של ה-DNA אוריגמי נהnorobot שתואר לאחרונה 20. הרובוט הזה הוא &quot;רובוטית&quot; במובן זה שהיא קישורים לחישת actuation, על מנת לבצע את משימה. אנחנו נסביר כיצד ניתן לשלב ערכות חישה שונות לתוך המבנה, ואיך יכול להיות מועברים לזה אפקט רצוי. לבסוף אנו משתמשים Cando 21 כדי לדמות את התכונות מכאניות של הצורה מתוכננת. הרעיון שאנחנו דנים יכול להיות מותאם למשימות והגדרות רבות.

<html> דמויות הן 1-25 צילומי מסך של ממשק caDNAno 2.0 המציג את תהליך עיצוב צעד אחר צעד. החתך של הצורה היה ראשון שתואר (איור 3), ואחריו תוספת אוטומטית של שברי גדיל פיגום והשלים את נתיב הפיגום כולו (איור 7). גדילים מהדקים מתווספים באופן אוטומטי (איור 12), נשברו על פי פרמטרים המוגדרים על ידי משתמש (איור 14), ונערכו באופן ידני כדי להתאים את הסיכות לפונקציה הרצויה של המכשיר (איור...

אוריגמי DNA הוא שיטה רב עוצמה לבודת עצמים ננומטריים מדויקים על ידי תכנות ההרכבה העצמית של מולקולות DNA. כאן, אנו מתארים איך יכול להיות מנוצלים-DNA אוריגמי לעצב רובוט רובוטי מסוגלים לחוש סימנים ביולוגיים ולהגיב בצורת הסטה, לאחר מכן הועברה לאפקט רצוי.

עיצוב רובוט ביו תגובה מ-DNA אוריגמי

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

המטרה הכללית של פרוצדורה זו היא לתכנן התקן רובוטי מאוריגמי DNA באמצעות תוכנת CAD nano. דבר זה מושג תחילה על ידי התקנת CAD nano ושימוש בה כדי להתוות את הצורה הכללית של הרובוט. השלב השני הוא תכנון הנתיב של גדיל הפיגום (scaffold strand).בשלב הבא, מוכנסים ה-staples ונערכים. השלב האחרון הוא הגדרת מאפייני הבקרה, כולל המטען (payload), אתרי ההצמדה והשערים (gates). בסופו של דבר, נוצרת רשימה של חלקי DNA להזמנה טרם ההרכבה.היתרון המרכזי של טכניקה זו הוא שהיא מפשטת ומנסטנדרטת את התכנון של אובייקטי DNA origami עבור יישומים מגוונים. את הפרוצדורה תדגים Alad Bei, פוסט-דוקטורנט החוקר את הדינמיקה של רובוטים מ-DNA origami במעבדה שלי. כדי להתחיל בפרוצדורה זו, הורד והתקן את התוכנות CAD nano two ו-Autodesk Maya 2012.בהתאם להוראות ב-http slash slash cad nano. org, ממשק התכנון של CAD nano בתוך Maya כולל שלושה פאנלים. הפאנל העליון הוא תצוגת הסריג (lattice view) שבה מוגדרת הצורה הראשונית.לוח זה מאפשר ביצוע פעולות ברמת הסליל הכפול ומספק תצוגת חתך של הצורה. הלוח התחתון הוא לוח העריכה, המאפשר ביצוע פעולות ברמת הבסיס הבודד. הלוח הימני הוא מודל תלת-ממדי בזמן אמת של הצורה, שהופק באמצעות Maya.לחצו על סמל חלת הדבש כדי לבצע זום פנימה והחוצה מהסריג. בלוח העליון ניתן לבצע זאת באמצעות העכבר, על ידי גלילה למעלה ולמטה בהת

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

הנדסה ביולוגית

אוריגמי DNA היא שיטה רבת עוצמה לייצור אובייקטים ננומטריים מדויקים על ידי תכנות ההרכבה העצמית של מולקולות DNA. כאן אנו מתארים פרוטוקול לקיפול של רובוט מגיב ביולוגית מאוריגמי DNA, טיהורו וצביעתו השלילית להעברת הדמיה מיקרוסקופית אלקטרונית (TEM).

מתקפל ואפיון של רובוט ביו-תגובה מה- DNA אוריגמי

ריצוף DNA היא גישה יעילה ליצירת ננו-מבנים ניתנים לתכנות. אנו מתארים את הפרוטוקולים לבניית צורות דו-ממדיות מורכבות על ידי הרכבה עצמית של אריחי DNA חד-גדיליים.

עצמי הרכבה של צורות דו-ממדיות מורכבות מחד-גדילי דנ&quot;א אריחים

מתוארים תהליכי ניקוי הניתנים לשחזור עבור מצעים המשמשים במחקר אוריגמי DNA, כולל ניקוי RCA על ספסל ונגזרת של תחמוצת סיליקון. מומחשים פרוטוקולים להכנת פני השטח, שקיעת אוריגמי DNA, פרמטרי ייבוש ומערכים ניסיוניים פשוטים.

הכנת מצעים נציץ והסיליקון לDNA אוריגמי ניתוח וניסויים

. הנה, זרימת עבודה אוטומטית לבצע הרכבה "התקן" DNA מודולרי, באמצעות שיטה מודולרית DNA שיבוט הרכבה על רובוטים נוזלי-טיפול מוצג. הפרוטוקול משתמשת כלי תוכנה אינטואיטיבית ליצירת רשימות המטפל נוזלי לדור קומבינטורית DNA התקן הספרייה, אשר נדגים באמצעות שתי פלטפורמות טיפול בנוזלים.

אוטומטית רובוטית טיפול בנוזלים הרכבה של התקנים DNA מודולרי

אנו מתארים פרוטוקול מפורט עבור עיצוב, הדמיה, רטוב-מעבדת ניסויים וניתוח עבור מתלה reconfigurable של אקורדיון הדנ א של 6 על ידי 6 רשתות.

עיצוב, סינתזה של ארון אקורדיון דנ א Reconfigurable

כאן מוצג פרוטוקול להגנה על ה-DNA nanostructures אוריגמי בתקשורת מדולדל מ"ג ו נוקלאז עשיר באמצעות רב-סוכר cationic טבעי משקם, ציפויים סינטטיים ליניארי polyethyleneimine (LPEI).

ריפוי גנטי בהשראת Polycation ציפוי הגנה על ה-DNA אוריגמי Nanostructures

אנו מתארים את פרוטוקול מפורט עבור DNA מבוסס-אוריגמי הרכבה של nanorods זהב לתוך כיראלי metamolecules plasmonic עם chiroptical חזקה תגובות. הפרוטוקול אינה מוגבלת תצורות כיראלי ולא ניתן להתאים בקלות על הזיוף של ארכיטקטורות שונות plasmonic.

הרכבה של Nanorods זהב לתוך כיראלי Metamolecules Plasmonic באמצעות תבניות אוריגמי דנ א

כאן, אנו מתארים פרוטוקול ליצור ננו מבנים אורגניים בדידים ומדויקים על מצעים באמצעות צורות DNA אוריגמי כמו תבניות המנחה. השיטה מוכחת על ידי יצירת אנטנות זהב בצורת עניבת הפלסטיק על מצע שקוף (ספיר).

DNA אוריגמי-תיווך המצע Nanopatterning של מבנים אורגניים עבור יישומים חישה

המטרה של פרוטוקול זה היא טופס הרכבים של מנועים מולקולריים ב-DNA אוריגמי ננו מבנים ולהתבונן ההרכב לתנועתיות באמצעות סך השתקפות פנימית מיקרוסקופ קרינה.

ייצור Dynein וקינסין הרכבים מוטוריים ב-DNA אוריגמי ננו מבנים עבור תצפית מולקולה אחת

הגרדום הביו-השראה מפוברק על ידי טכניקת פוטוליגרפיה רכה תוך שימוש בהידרוג'לים חזקים ומוליכי חשמל מכנית. ההידרוטים מיקרותבנית מספקים יישור תאים כווני באמצעות הקרדיוציט, והתוצאה היא כיוון הגשמה. מיקרואלקטרודות גמיש משולבים גם לתוך הפיגום כדי להביא ישור חשמליים לרקמת לב מתוך הגשמה עצמית.

ביוהשראת רובוט רך עם מיקרואלקטרודות משולבות

אנו מתארים את ההנדסה של פולימראז T7 RNA חדשני הקשור לדנ"א כדי לווסת את תגובות התמלול במבחנה. אנו דנים בצעדים לסינתזה ואפיון חלבונים, מאמתים רגולציה של תמלול הוכחת הרעיון, ודנים ביישומיה במחשוב מולקולרי, אבחון ועיבוד מידע מולקולרי.

RNA פולימראז קשור DNA לתכנות תמלול במבחנה וחישוב מולקולרי

למדו לעצב רובוט ביו-תגובה מ-DNA אוריגמי באמצעות תוכנת CAD nano. השיטה כוללת תכנון מסלול סקפולד, הוספת סטייפלים וקביעת אתרי מטען ושערים ליצירת מכשיר ננו-רובוטי תגוב.

עיצוב רובוט ביו תגובה מ-DNA אוריגמי

גלה סרטונים נוספים