DNA-origami is een krachtige methode voor het vervaardigen van nauwkeurige nanoschaal objecten door de zelf-assemblage van DNA-moleculen programmeren. Hier beschrijven we hoe origami DNA kan worden gebruikt om een robot robot kan voelen biologische signalen en reageren door vormverandering vervolgens doorgegeven aan een gewenst effect te ontwerpen.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Het ontwerpen van een Bio-responsieve Robot van DNA Origami
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Nucleïnezuren zijn verbazingwekkend veelzijdig. Naast hun natuurlijke rol als opslagmedium voor biologische informatie 1, kunnen ze worden gebruikt in parallel computing 2,3, herkennen en binden moleculaire of cellulaire doelwitten 4,5, 6,7 katalyseren chemische reacties en genereren berekend reacties in een biologisch systeem 8,9. Belangrijk is dat nucleïnezuren worden geprogrammeerd om zichzelf assembleren tot 2D-en 3D-structuren 10-12, waardoor de integratie van deze opmerkelijke functies in een robot die de detectie van biologische signalen om een geprogrammeerde reactie om een gewenst effect uitoefenen.
Vormen van nucleïnezuren werd eerst voorgesteld door Seeman 13, en diverse variaties op dit thema inmiddels gerealiseerd met behulp van diverse technieken 11,12,14,15. Echter, het belangrijkste is misschien wel de door Rothemund voorgesteld een, genaamd de steigers DNA-origami16. In deze techniek wordt het vouwen van lange (> 7000 basen) enkelstrengs DNA "scaffold" betrekking op een gewenste vorm door honderden korte complementaire strengen zogenaamde "nietjes". Vouwen wordt uitgevoerd door de temperatuur gloeien helling. Deze techniek werd succesvol gedemonstreerd in de creatie van een uiteenlopende reeks van 2D-vormen met opmerkelijke precisie en robuustheid. DNA-origami werd later uitgebreid naar 3D en 17,18.
De huidige papieren zal zich richten op de caDNAno 2.0 software 19 ontwikkeld door Douglas en collega's. caDNAno is een robuuste, gebruiksvriendelijke CAD-tool waarmee het ontwerpen van 2D-en 3D-DNA origami vormen met veelzijdige functies. Het ontwerpproces is gebaseerd op een systematische en nauwkeurige abstractie regeling voor DNA-structuren, waardoor het relatief eenvoudig en efficiënt.
In dit document het ontwerp van een DNA origami na laten wenorobot die onlangs beschreven 20. Deze robot is 'robot' in de zin dat het Verwijzingen sensing te bedienen, om een taak uit te voeren. Uitgelegd hoe verschillende sensing systemen kunnen worden geïntegreerd in de structuur, en hoe dit kan worden doorgegeven aan een gewenst effect. Tenslotte gebruiken we Cando 21 te simuleren de mechanische eigenschappen van de ontworpen vorm. Het concept we bespreken kunnen worden aangepast aan meerdere taken en instellingen.
Protocol
De robot ontwerpen we in dit document wordt aan een eiwit P door een vracht C zich kan binden aan receptoren op het oppervlak van een doelcel gekozen. De robot wordt getoond in figuur 1 C kan receptor-blokker zijn,. Een groeifactor etc., en een manier om het chemisch koppelen aan een DNA oligonucleotide moet beschikbaar die functionaliteit niet vernietigen. De robot heeft twee staten. Wanneer inactief, DNA-poorten op de twee externe 'lippen' gehybridiseerd zijn, zorg ervoor dat de robot blijft gesloten, zodanig dat elke lading geladen binnen deze goed is afgezonderd. In de aanwezigheid van eiwitten P, de po....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Figuren 1-25 zijn screenshots van de caDNAno 2.0 interface toont het ontwerpproces stap-voor-stap. De doorsnede van de vorm werd eerst beschreven (figuur 3), gevolgd door automatische toevoeging van scaffold streng fragmenten en de voltooiing van de volledige steiger weg (figuur 7). Nietje strengen worden automatisch toegevoegd (Figuur 12), verdeeld volgens door de gebruiker gedefinieerde parameters (figuur 14), en handmatig bewer.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
DNA-origami stelt ons in staat om nauwkeurig gedefinieerde objecten fabriceren met willekeurige eigenschappen op nanoschaal. Een belangrijke volgende stap zou de integratie van de functie worden in deze ontwerpen. Terwijl vele toepassingen en problemen kunnen worden aangepakt met deze technologie, is een bijzonder belang in het fabriceren therapeutische en wetenschappelijke robots DNA origami, gelijk staan natuurlijk milieu van DNA. DNA heeft interfaces met moleculaire machinerie in cellen als een genetische informati.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dankbetuigingen
De auteurs willen S. Douglas bedanken voor het zeer waardevolle discussies en advies, en alle leden van de Bachelet lab voor nuttige discussies en werk. Dit werk wordt ondersteund door subsidies van de faculteit Life Sciences en het Instituut voor Nanotechnologie & Advanced Materials bij Bar-Ilan Universiteit.
....Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Autodesk Maya 2012 | Autodesk | Er moet eerst een student-/academisch account worden aangemaakt (zie platformspecifieke instructies op http://cadnano.org) | |
| caDNAno 2.0 (software) | (Open source) | Software voor het ontwerpen van DNA origami-structuren http://cadnano.org | |
| Cando (webpagina) | (Open source) | Webpagina met een simulator voor DNA origami-vormen http://cando-dna-origami.org |
Referenties
- 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. ....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
