방법 논문

DNA 접기에서 바이오 응답 로봇의 폴딩 및 특성화

DOI:

10.3791/51272

⸱

2015년 12월 3일

 ,  , 
1Faculty of Life Sciences and the Institute for Nanotechnology & Advanced Materials, Bar-Ilan University

이 논문에서

요약

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DNA 종이접기는 DNA 분자의 자기 조립을 프로그래밍하여 정밀한 나노 크기의 물체를 제작하는 강력한 방법입니다. 여기에서는 DNA 종이접기에서 생체 반응성 로봇을 접는 프로토콜, 투과 전자 현미경 이미징(TEM)을 위한 정제 및 음성 염색에 대해 설명합니다.

초록

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DNA의 나노 로봇은 내부 압수 특정 자극과 현재화물에 대한 응답으로 열 수 있도록 설계 중공 육각형 나노 장치이다. 모두 자극 및화물 특정 필요에 따라 맞출 수 있습니다. 여기에서 우리는 DNA 종이 접기 기술을 이용하여, DNA의 나노 로봇 제조 프로토콜을 설명합니다. 절차는 폴딩 완충액의 존재하에 긴 원형의 단일 가닥 DNA 골격에 첨가 스톡 혼합물에 짧은 단일 가닥 DNA 스테이플을 혼합함으로써 개시한다. 표준 열 사이 클러 서서히 나노 로봇의 폴딩 뒤에 안내 힘 스테이플 간 지지체 소둔을 용이하게하기 위해 혼합 반응 온도를 낮추기 위해 프로그래밍된다. 60 시간 폴딩 반응이 완료되면, 과량의 스테이플은 아가 로스 겔 전기 영동 (AGE)을 통해 가시화 하였다 원심 필터를 이용하여 폐기된다. 마지막으로, 나노 로봇의 성공적인 제조는 (TEM) 투과 전자 현미경에 의해 확인되고,부정적인 얼룩 등의 우라 닐 - 메이트의 사용과.

서론

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핵산 나노 기술의 사용은 놀라운 있습니다. 왓슨 - 크릭 염기 쌍의 취급 용이성뿐만 아니라 주문품 올리고 2의 대규모 합성의 용이성 및 상대적 저비용 DNA 나노 기술의 분야에서 응용 프로그램 (3)의 폭발 및 연구를 생성했다. 기본적인 빌딩 블록으로 움직이지 시먼 접합 4,5에 기반 구조의 DNA 나노 기술은 임의의 모양 6-8의 건설을위한 자기 조립 초 단위로 DNA를 사용합니다.

스캐 폴딩 DNA 종이 접기 (9) 기술의 최근 개발은 나노 미터 이하의 정밀도와 복잡한 2D / 3D 나노 구조 10-12의 건설을 허용하고 증가하는 복잡성과 놀라운 다양성과 새로운 기능 객체를 구축하기위한 효율적인 경로입니다. 건조 공정이 긴 골격 단일 가닥 DNA에 기초하고, 일반적으로 바이러스로부터 유래 genom짧은 단일 가닥 DNA를 올리고 수백의 교잡을 통해 접을 수있는 전자는 스테이플 불린다. 제조의 재현성을 달성 할 수있는 최대의 수소 결합 상보성을 용이하게하기 위해 짧은 단일 가닥 스테이플 서열 원단의 결과 동안이 기술에 의해 얻어진 높은 구조적 해상도, DNA 이중 나선의 천연 치수의 직접적인 결과이다. 느린 어닐링 온도를....

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프로토콜

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스테이플 풀 혼합물 1. 준비

  1. 표 1에 열거 된 96 웰 플레이트에 주문 동결 건조 된 DNA 나노 로봇 스테이플 (자료 참조) 10 nmol의 정상화. DNA의 나노 로봇의 설계 및 아키텍처에 대한 자세한 설명은 벤 Ishay 등. (14)와 더글라스 등의 알을 참조하십시오. 15).
  2. 100 μM의 농도로 각 주식 잘와 DNase의 /의 RNase없는 초순수를 복원합니다. 스테이플 10 nmol의 정규화를 들어, 초순수 100 ㎕로 재구성한다.
  3. 풀 멀티 채널 피펫과 멸균 55 ㎖의 솔루션 유역을 사용하여 각 단의 함께 20 μL.
    참고 : 나노 로봇 모양, 스테이플 풀의 스테이플 각각의 농도 (코어, 가장자리, 핸들 및 가이드 서열 표 1 포함) 254 스테이플 가닥으로 구성되어 있기 때문에 394 ㎚이다. 스테이플 풀에서 스테이플을 제거, 또는 다른 권에 몇 가지를 추가을 메 상당히 수율을 감소 시키거나 그렇지 않으면 펼쳐진 집계 될 수 있습니다.

제조 된 반응 혼합물의 제조 (2)

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    결과

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    대표적인 결과는도 2a에 도시된다. 모든 차선은 분광 광도계 (OD 260)를 통해 측정 된 총 DNA의 1 μg의가 포함되어 있습니다. 원형의 단일 가닥 DNA의 골격 (레인 2)과 비교하여, 나노 로봇이 그들의 높은 분자량 겔에 방해된다, 발판의 DNA에 스테이플 하이브리드의 결과 (레인 3 빨간색 화살표). 레인 3의 저 분자량 밴드는 발판의 DNA (녹색 화살표)에 결합하지 않은 초과 스테이플을 나타냅니다. 원심 여과를 통해 정화 한 후 초과 스테이플의 대부분은 (레인 4-6) 제거하고, 나노 로봇은 핸들 보완 가닥 14,15,22에 복합화물 분자와로드 할 준비가 된 것입니다. 레인 4-6 나노 로봇의 이량 체 (파란색 화살표), 함께 결합 나노 로봇의 인구를 대표하는 고 분자량의 밴드가 포함되어 있습니다. 잠재적 redu (5 또는 10 중 nm의) 제조 과정에서 비계의 농도를 수 감소이러한 고분자 구조의 상대적인 양 세륨. 설명 정화 프로토콜에 약.......

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    토론

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    우리는 DNA의 나노 로봇의 제조, 정제 및 시각화를 설명했다. 장치의 육방 섀시의 제작 후, 나노 로봇의 기능을 용이하게 때문에 가능한 단일 가닥 도킹 위치 (14)와 수소 결합 상보성에 그 지정 위치를 찾을 로봇 특정화물의 간단한 소개와 감지 가닥 프로그래밍 , 15, 22.

    기재된 제조 프로토콜은 일반적으로 접기 광범위한 형상 폴드 연구실에서 사용되는 느린 램프 어닐을 사용한다. 생산 시간은 Sobczak 동부 등에 의해 설명 된 빠른 폴딩 프로토콜 같은 다른 프로토콜의 핵심 요소를지면. (24)가 사용될 수있다. 이 프로토콜은, 그러나 그것은 각각의 종이 접기 모양 교정을 필요로 높은 수율의 종이 접기 접는을 달성 할 것으로보고있다.

    스핀 여과 초과 스테이플로부터 로봇을 정화하는데 사용된다. S를로드 할 때샘플 완충액으로 또는 .......

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    공개 사항

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    저자가 공개하는 게 없다.

    감사의 글

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    저자는 매우 가치있는 토론과 조언, 도움이 토론과 작업 바첼 레트 연구소의 모든 구성원에 대한 S. 더글러스을 감사드립니다. 이 작품은 바 - 일란 대학의 생명 과학 학부 및 나노 기술 및 신소재 연구소에서 보조금에 의해 지원됩니다.

    ....

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    재료

    이 논문에 사용된 재료 목록
    이름회사카탈로그 번호댓글
    DNase/RNase 무 증류수Gibco10977
    M13mp18 ssDNA 스캐폴드NEBN4040S
    10x TAEGibco15558-042
    1 M MgCl2AmbionAM9530G
    Amicon Ultra 0.5 ml 원심 필터 100K MWCOAmiconUFC510024
    AgarosePromegaV3125
    TBE 버퍼PromegaV4251
    에티듐 브로마이드 10  mg/ml 용액Sigma AldrichE1510
    1 kb DNA 마커NEBN3232S
    로딩 염료NEBB7021S
    우라닐 포름산폴리사이언스24762
    탄소 코팅 TEM 그리드 과학 서비스EFCF400-Cu-50
    Thermal Cycler c1000 TouchBio-Rad
    글로우 방전 K100XEmitech
    UV 테이블 Gel Doc EZ ImagerBio-Rad
    NanoDrop 2000cThermo Scientific
    TEM FEI-G12Tecnai

    참고문헌

    $$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
    1. Watson, J. D., Crick, F. H. Genetical implications of the structure of deoxyribonucleic acid. Nature. 171, 964-967 (1953).
    2. Kosuri, S., Church, G. M. Large-Scale de novo. DNA synthesis: technologies and applications. Nature Meth. 11 (5), 499-507 (2014).
    3. P....

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