Name: Het ontwerpen van een Bio-responsieve Robot van DNA Origami (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-07-08T12:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 32 s
Description: Leer een bio-responsieve robot ontwerpen met DNA origami en CAD nano software voor nanotechnologie. Deze methode genereert een lijst met DNA-onderdelen voor biomedische toepassingen.

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

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 &amp; Advanced Materials bij Bar-Ilan Universiteit.

<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>

De auteurs hebben niets te onthullen.

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...

<table><tbody><tr><td>Autodesk Maya 2012</td><td>Autodesk</td><td></td><td>Er moet eerst een student-/academisch account worden aangemaakt (zie platformspecifieke instructies op <a href="http://cadnano.org" target="_blank">http://cadnano.org</a>)</td></tr><tr><td>caDNAno 2.0 (software)</td><td>(Open source)</td><td></td><td>Software voor het ontwerpen van DNA origami-structuren <a href="http://cadnano.org/" target="_blank">http://cadnano.org</a></td></tr><tr><td>Cando (webpagina)</td><td>(Open source)</td><td></td><td>Webpagina met een simulator voor DNA origami-vormen <a href="http://cando-dna-origami.org" target="_blank">http://cando-dna-origami.org</a></td></tr></tbody></table>

het ontwerpen van een bio-responsieve robot van dna origami

Designing a Bio-responsive Robot from DNA Origami

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 (&gt; 7000 basen) enkelstrengs DNA &quot;scaffold&quot; betrekking op een gewenste vorm door honderden korte complementaire strengen zogenaamde &quot;nietjes&quot;. 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&#39;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 &#39;robot&#39; 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.

<html> 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...

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.

Het ontwerpen van een Bio-responsieve Robot van DNA Origami

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

Het algemene doel van deze procedure is het ontwerpen van een robotisch apparaat van DNA-origami met behulp van de CAD nano-software. Dit wordt bereikt door eerst CAD nano te installeren en deze te gebruiken om de algemene vorm van de robot te schetsen. De tweede stap is het ontwerpen van het pad van de scaffold-streng.Vervolgens worden de staples ingevoegd en bewerkt. De laatste stap is het instellen van controlekenmerken, waaronder de payload, aanhechtingsplaatsen en gates. Ten slotte wordt een lijst met DNA-onderdelen gegenereerd voor bestelling voorafgaand aan de assemblage.Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het het ontwerp van DNA-origami-objecten voor diverse toepassingen vereenvoudigt en standaardiseert. De procedure zal worden gedemonstreerd door Alad Bei, een postdoc die in mijn laboratorium werkt aan de dynamiek van DNA-origami-robots. Om met deze procedure te beginnen, downloadt en installeert u CAD nano two en Autodesk Maya 2012.Volgens de instructies op http slash slash cad nano. org bevat de ontwerpinterface van CAD nano binnen Maya drie panelen. Het bovenste paneel is de roosterweergave waarin de vorm aanvankelijk wordt geschetst.Dit paneel maakt act

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bio-engineering

DNA origami is een krachtige methode voor het fabriceren van nauwkeurige objecten op nanoschaal door het zelfsamenstellen van DNA-moleculen te programmeren. Hier beschrijven we een protocol voor het vouwen van een bio-responsieve robot uit DNA origami, de zuivering en negatieve kleuring voor transmissie-elektronenmicroscopische beeldvorming (TEM).

Vouwen en Karakterisatie van een Bio-responsieve Robot van DNA Origami

DNA-tegeling is een effectieve benadering om programmeerbare nanostructuren te maken. We beschrijven de protocollen om complexe tweedimensionale vormen te construeren door de zelfassemblage van enkelstrengse DNA-tegels.

Zelf-assemblage van Complex Tweedimensionaal Vormen van enkelstrengs DNA Tiles

Reproduceerbare reinigingsprocessen voor substraten die worden gebruikt in DNA origami-onderzoek worden beschreven, inclusief RCA-reiniging op tafel en derivatisering van siliciumoxide. Protocollen voor oppervlaktevoorbereiding, DNA origami-depositie, droogparameters en eenvoudige experimentele opstellingen worden geïllustreerd.

Voorbereiding van Mica en Silicon substraten voor DNA Origami Analyse en Experimentation

Hier, wordt een geautomatiseerde workflow voor het uitvoeren van modulaire DNA "apparaat" vergadering met behulp van een modulaire klonen DNA vergadering methode op vloeistof aangestuurde robots gepresenteerd. Het protocol maakt gebruik van een intuïtieve softwaretool voor het genereren van vloeibare handler selectielijsten voor combinatorische DNA apparaat bibliotheek generatie, waaruit we met behulp van twee vloeibare behandeling platforms.

Geautomatiseerde robot Liquid Handling samenstel van modulaire DNA voorzieningen

We beschrijven het gedetailleerd protocol voor ontwerp, simulatie, NAT-lab experimenten en analyse voor een herconfigureerbare DNA accordeon rek van 6 bij 6 mazen.

Ontwerp en de synthese van een accordeon herconfigureerbare DNA-Rack

Hier, wordt een protocol inzake de bescherming van DNA origami nanostructuren in Mg-uitgeput en nuclease-rijke media met behulp van natuurlijke kationische polysaccharide chitosan en synthetische lineaire polyethyleneimine (LPEI) coatings gepresenteerd.

Gentherapie geïnspireerd Polycation Coating voor bescherming van DNA Origami nanostructuren

We beschrijven het gedetailleerd protocol voor de DNA origami gebaseerde montage van gouden nanostaafjes in chirale Enterprise metamolecules met sterke chiroptical reacties. Het protocol is niet beperkt tot chirale configuraties en kan gemakkelijk worden aangepast voor de fabricage van diverse Enterprise-architecturen.

Vergadering van gouden nanostaafjes in chirale Enterprise Metamolecules met behulp van DNA Origami sjablonen

Hier beschrijven we een protocol om discrete en nauwkeurige anorganische nanostructuren op substraten te maken met behulp van DNA-origami vormen als leidende templates. De methode wordt aangetoond door het creëren van plasmonic gouden bowtie-vormige antennes op een transparante ondergrond (Sapphire).

DNA origami-gemedieerde substraat nano-Atterning van anorganische structuren voor sensing toepassingen

Het doel van dit protocol is het vormen van ensembles van moleculaire motoren op DNA origami nanostructuren en observeren het ensemble motiliteit met behulp van totale inwendige reflectie fluorescentiemicroscopie.

Productie van Dynein en Kinesin motor ensembles op DNA origami nanostructuren voor observatie van enkelvoudige moleculen

Een bioinspired steiger wordt vervaardigd door een zachte fotolithografietechniek met mechanisch robuuste en elektrisch geleidende hydrogels. De micropatroon hydrogels bieden directionele cardiomyocyte cel uitlijning, wat resulteert in een op maat gemaakte richting van actuatie. Flexibele micro-elektroden zijn ook geïntegreerd in het schavot om elektrische controleerbaarheid voor een zelf-actulerend hartweefsel te brengen.

Bioinspired Soft Robot met ingebouwde micro-elektroden

We beschrijven de engineering van een nieuw DNA-gebonden T7-RNA-polymerase om in vitro transcriptiereacties te reguleren. We bespreken de stappen voor eiwitsynthese en karakterisering, valideren proof-of-concept transcriptionele regulatie en bespreken de toepassingen ervan in moleculaire computing, diagnostiek en moleculaire informatieverwerking.

DNA-gebonden RNA-polymerase voor programmeerbare in vitro transcriptie en moleculaire berekening

Leer een bio-responsieve robot ontwerpen met DNA origami en CAD nano software voor nanotechnologie. Deze methode genereert een lijst met DNA-onderdelen voor biomedische toepassingen.

Het ontwerpen van een Bio-responsieve Robot van DNA Origami

Meer video's verkennen