Summary
We beschrijven het gedetailleerd protocol voor ontwerp, simulatie, NAT-lab experimenten en analyse voor een herconfigureerbare DNA accordeon rek van 6 bij 6 mazen.
Abstract
DNA nanostructuur gebaseerde mechanische systemen of DNA nanomachines, die complexe nanoschaal beweging in 2D en 3D in het nanometer ångström resolutie produceren, weergeven groot potentieel in verschillende velden van nanotechnologie zoals de moleculaire reactoren, drug delivery, en nanoplasmonic systemen. De herconfigureerbare DNA accordeon rek, die collectief een 2D of 3D nanoschaal netwerk van elementen, in meerdere fasen in reactie op de DNA-ingangen manipuleren kunt, is beschreven. Het platform heeft potentieel om het verhogen van het aantal elementen dat DNA nanomachines tegen een paar elementen op de schaal van een netwerk met meerdere stadia van herconfiguratie kunt.
In dit protocol beschrijven we de volledige experimentele proces van het herconfigureerbare DNA accordeon rack van 6 bij 6 mazen. Het protocol bevat een ontwerp regel en simulatie-procedure van de structuren en een natte-lab experiment voor synthese en herconfiguratie. Bovendien, is analyse van de structuur met behulp van TEM (transmissie-elektronenmicroscopie) en FRET (de overdracht van de energie van de resonantie van de fluorescentie) in het protocol opgenomen. Het nieuwe ontwerp en simulatie methoden behandeld in dit protocol assisteert onderzoekers het DNA accordeon rek voor verdere toepassingen gebruiken.
Introduction
Mechanische systemen gebaseerd op DNA nanostructuren of DNA nanomachines1,2,3,4,5 zijn uniek omdat ze complexe nanoschaal beweging in 2D en 3D in het nanometer te produceren resolutie van het Ångström, volgens verschillende biomoleculaire stimuli2,3,6. Door het koppelen van functionele materialen op deze structuren en de controle van hun standpunten, kunnen deze structuren worden toegepast op verschillende gebieden. Bijvoorbeeld zijn DNA nanomachines voorgesteld voor een moleculaire reactor7, drug delivery8en9,10van de systemen van de nanoplasmonic.
Eerder introduceerden we de herconfigureerbare DNA accordeon rek, die een 2D of 3D nanoschaal netwerk van elementen11 (figuur 1A) kan manipuleren. In tegenstelling tot andere DNA-nanomachines waarmee slechts een paar elementen, kan het platform collectief periodiek gekleed 2D of 3D elementen manipuleren in verschillende fasen. Wij verwachten dat een programmeerbare chemische en biologische reactie-netwerk of een moleculaire computing systeem kan worden opgebouwd uit ons systeem, door het aantal controleerbare elementen te verhogen. Het DNA accordeon rek is een structuur, waarin het netwerk van meerdere DNA balken is verbonden met gewrichten bestaat uit single-stranded DNA (figuur 1B). Het accordeon rek gegenereerd door de DNA-balken is geconfigureerd door de sluizen van DNA, die naar de kleverige deel van balken te vermengen en veranderen van de hoek tussen de balken volgens de lengte van de "passerelle" deel van de sluizen (vergrendelde stand). Daarnaast is scriptingregel herconfiguratie aangetoond door het toevoegen van nieuwe sloten na de vorming van de Vrijstaat door DNA sloten via steunpunt gebaseerde strand displacement12,13te ontkoppelen.
In dit protocol beschrijven we het proces inzake ontwerp en de synthese van het herconfigureerbare DNA accordeon rack. Het protocol bevat ontwerp, simulatie, NAT-lab experimenten en analyse voor de synthese van de accordeon rek van DNA van 6 bij 6 mazen en een herconfiguratie van deze. De structuur die in het protocol is het basismodel van het vorige onderzoek11 en 65 nm door 65 nm in grootte, bestaande uit 14 balken. In termen van het ontwerp en simulatie is het structurele ontwerp van het accordeon rack anders dan conventionele DNA origami14,15 (dat wil zeggen, zorgvuldig verpakt). Dus zijn het gezag van het ontwerp en de moleculaire simulatie gewijzigd van traditionele methoden. Om aan te tonen, laten we de ontwerp-techniek met behulp van de gewijzigde benadering van caDNAno14 en de simulatie van het accordeon rack oxDNA16,17 met extra scripts. Tenslotte, beide protocollen van TEM en FRET voor analyse van geconfigureerde accordeon rek structuren worden beschreven.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. ontwerp van de 6 van de 6 DNA accordeon Rack met caDNAno14
- Download en installeer caDNAno 2.0 software14 voor het ontwerpen van een accordeon rek van DNA (caDNAno 2.5 is ook beschikbaar op https://github.com/cadnano/cadnano2.5). CaDNAno14 te openen en klik op het Plein Tool om toe te voegen een nieuw onderdeel met een vierkant rooster.
- Nummer van elke boom van het accordeon rack en vestigen op de linker lattice paneel van de caDNAno14 (Figuur 2).
- Klik op het hulpmiddel Potlood en teken elke boom op de juiste bewerkingspaneel op de caDNAno-14. Pauze balken elke 32 bp, die voor de gewrichten tussen aangrenzende balken is. Plaats nietje cross-overs in dezelfde positie als de gewrichten. Gebruik het Hulpprogramma invoegen en het Potlood in caDNAno14 om de gewrichten hebben extra single-stranded crossovers.
- Klik op het Hulpmiddel Potlood en sluit de gewrichten. Elke boom heeft zeven gewrichten.
- Steiger cross-overs als u wilt samenvoegen van de steigers in de één lus met behulp van de eerder gemelde steiger routering algoritme11genereren. Laat niet het domein van de minimale binding tussen steiger en nieten strengen worden minder dan 8 bp (Figuur 3).
- Plaats de steigers die niet worden gebruikt in de vergadering op de hoekpunten gelegen aan weerszijden van het accordeon rack, zoals afgebeeld in Figuur 3.
- Klik op het breken Tool. Breken van de onderdelen waar nietje strengen cirkelvormige of langer dan 60 zijn bp.
- Het ontwerp van de DNA-strengen vergrendelen.
- Klik op het breken Tool. Pauze 8 bp van een nietje DNA regio een kleverige deel maken en verwijderen van 8 bp van een nietje DNA-regio. Er zijn 18 kleverige delen (Figuur 1) in het accordeon rek van 6 bij 6.
- Sequenties die omgekeerde zijn ter aanvulling van de kleverige delen plaats aan beide uiteinden van lock strengen en sluit ze door een "passerelle" gebied, dat uit poly T strengen van het gewenste lengte (figuur 1B bestaat).
- Toevoegen voor de herconfiguratie, 8 bp van steunpunt sequenties aan het einde van DNA sloten voor strand verplaatsing. De volgorde van de steunpunt gebruikt is in tabel 2.
- Poly A strengen die wordt reverse-aanvulling op de "passerelle" regio voor te bereiden.
- Ontwerp-strengen die wordt reverse-aanvulling op het DNA sloten voor het experiment herconfiguratie.
- Klik op de Reeks Tool en steiger DNA. Kies het schavot als standaard M13mp18. Klik op het Hulpprogramma voor het exporteren en volgorde opslaan in CSV-indeling (tabel 1).
2. het simuleren van de structuur met de oxDNA
- Download en installeer de oxDNA16,17. De nieuwste broncode is beschikbaar op https://sourceforge.net/projects/oxdna/files/.
- Startende configuratiebestanden uit de caDNAno14 -bestand met behulp van python script 'cadnano_interface.py', die wordt verstrekt in de oxDNA16,17 -pakket maken Het gebruik is als volgt: 'python cadnano_interface.py cadnano_file.json sq'. De topologie bestands- en configuratiebestand worden nu gegenereerd.
Opmerking: De topologie bestand staan hoeveel strengen en nucleotiden zijn in de structuur en de informatie met betrekking tot de backbone-ruggengraat banden tussen nucleotiden. Het configuratiebestand bevat algemene informatie zoals tijdstap, energie en de grootte van het vak. Oriëntatie informatie zoals positie vector, vector backbone-base normaalvector, snelheid en hoeksnelheid van nucleotiden is ook inbegrepen (Figuur 4). - Wijzig de informatie in de topologie en de configuratie bestand van caDNAno14 te laten weerspiegelen de echte structuurgegevens van het accordeon rack. Alle balken zijn gerangschikt in parallelle wanneer de topologie en configuratie files van caDNAno14 worden gevisualiseerd. Het accordeon rek is echter een rooster structuur, zodat de afstand tussen gekleefde nucleotiden zijn ver voor simulatie (Figuur 5).
- Draaien en elke boom naar de gewenste rooster structuur. De negen kolommen aan de linkerkant in het configuratiebestand zijn de positie vector, vector backbone-base en normaal vector (Figuur 4). Om te draaien een straal, draaien alle positie, backbone-base en normaal vectoren met behulp van roterende transformatie. Verplaats een straal door het veranderen van de vector positie om het te zoeken zoals weergegeven in Figuur 5.
- Ontspannen de structuur met behulp van het script dat wordt geleverd in het pakket van oxDNA (zie voorbeeld in $oxDNA/EXAMPLES/RELAX_INITIAL_CONFIGURATION voor nadere informatie).
- Moleculaire dynamica simulatie voor tien miljoen stappen met behulp van het ontspannen configuratiebestand worden uitgevoerd. Het gebruik is als volgt: '. / oxDNA < input >' gegevens elke 5000 of 10000 stappen opslaan.
- Visualisatie
Opmerking: De structuren werden gevisualiseerd met behulp van cogli.- Download en installeer de nieuwste versie van de cogli (https://sourceforge.net/projects/cogli1/).
- De cogli worden uitgevoerd met de topologie en de configuratie bestanden van de simulatie van de oxDNA. Het gebruik is als volgt: '. / cogli1 -t < topologie bestand >< configuratiebestand >'.
- Het vak verbergen door op te drukken b.
3. Samenvatting van de structuur
Opmerking: De synthese-methode is aangepast van het vorige protocol15,18.
- De ontworpen DNA nietjes van aanbieder van oligonucleotide kopen.
- Aanpassen van de concentratie van deze DNA-nietjes aan 100 μM met behulp van de nuclease-gratis water.
- Bundelen van elke bundel van DNA die een 'vrij staat' structuur in een buis vormt en aanpassen van de concentratie op 2 μM voor elk onderdeel.
- Zwembad DNA lock strengen van lengte en aantal lock sites in buizen en aanpassen van de concentratie op 2 μM voor elk onderdeel. 4, 18 en 9 lock-sites worden gebruikt. Poly A strengen die een aanvulling vormen op de "passerelle" regio op dezelfde concentratie toevoegen.
- Zwembad-strengen die wordt reverse-aanvulling op het DNA strengen door lengte vergrendelen met buizen en aanpassen van de concentratie op 2 μM voor elk onderdeel.
- Bereiden van MgCl2 oplossing van 300 nM door het mengen van 70 μL van de nuclease-gratis water en 30 μL van de 1 μM MgCl2 oplossing. Bereid een 5 x Tris EDTA-oplossing door het mengen van 95 μL van de nuclease-gratis water en 5 μL van de 100 x Tris EDTA-oplossing.
- Voeg 2 μL van nietje DNA, 1.1 μL van MgCl2 oplossing, 2 μL van Tris EDTA-oplossing, 7.6 μL van de nuclease-gratis water en 7.3 μL van steiger DNA waarvan de concentratie is 110 nM tot 20 μL van gemengde voorraad maken. De uiteindelijke concentratie van de steiger DNA ingesteld op 40 nM, nieten van DNA tot 200 nM en MgCl2 tot 16 mM Tris EDTA oplossing 0,5 x.
- Snel verwarmen de gemengde stockoplossing in een thermische cycler tot 80 ° C en laat afkoelen tot 60 ° C met een snelheid van 4 min per ° C en cool van 60 ° C tot 4 ° C met een snelheid van 40 min per ° C.
4. zuivering van de structuur
Opmerking: Monsters van alle structuren werden gezuiverd vóór de analyse. In deze sectie beschrijven we het protocol van PEG zuivering, die overgenomen uit de vorige literatuur19 is. Het monster kan ook door gelelektroforese worden gezuiverd, zoals beschreven in de vorige literatuur15,18.
- Bereiden 5 M van NaCl en 100 x Tris-EDTA.
- Bereid neerslag-buffer door het mengen van 150 μl van PEG 8000, 500 μL van 100 x Tris EDTA en 101 μL van 5 M NaCl en 249 μL van de nuclease-gratis water.
- Bereid doel-buffer door het mengen van 5.5 μL van 300 nM MgCl2 oplossing van punt 3.3, 10 μL van 5 x Tris EDTA-oplossing van punt 3.3 en 84.5 μL van de nuclease-gratis water.
- Mix 20 μL van de samengestelde structuur van deel 3 en 20 μL van neerslag-buffer van punt 4.2. Draai vervolgens aan de gemengde voorraad bij 16000 x g bij 4 ° C. Verwijder het supernatant en los van de pellet in de target-buffer van punt 4.3.
5. herconfiguratie van het accordeon rek van een 'Vrijstaat' een 'vergrendeld staat'
- De structuur zonder DNA sloten voor het experiment configuratie te synthetiseren.
- Bereiden van DNA-strengen van de sluis van sectie 3.
- Voeg 2 μL van de DNA-strengen van de vergrendeling van de gewenste lengte in 20 μL van de samengestelde structuur. De DNA-lock strengen concentratie is vijf keer hoger dan de structuur.
- Incubeer het monster voor 0, 10, 25, 50 of 100 minuten om te zien hoe snel herconfiguratie plaatsvindt.
- Voor de 100 minuten incubatie, Incubeer het monster bij 50 ° C gedurende 30 minuten en langzaam afkoelen tot 25 ° C in een tempo van 0.33 ° C/minuut.
- Voor de 50 minuten incubatie, Incubeer het monster bij 50 ° C gedurende 15 minuten en langzaam afkoelen tot 25 ° C in een tempo van 0,66 ° C/minuut.
- Voor de 25 minuten incubatie, Incubeer het monster bij 50 ° C voor 7,5 minuten en langzaam afkoelen tot 25 ° C in een tempo van 1,32 ° C/minuut.
- Voor de 10 minuten incubatie, Incubeer het monster bij 50 ° C gedurende 3 minuten en langzaam afkoelen tot 25 ° C in een tempo van 3,3 ° C/minuut.
- Opslaan voor de 0 minuten incubatie, monster bij 4 ° C recht nadat DNA-strengen sloten zijn toegevoegd.
- Direct na het bevestigen stap, kunt u het monster tot 4 ° C om te voorkomen dat ongewenste denaturatie snel afkoelen.
6. herconfiguratie van het accordeon rek van een 'Locked staat' naar een 'Vrijstaat'
- Het synthetiseren van de structuur met DNA sloten van de gewenste lengte voor de configuratie-experiment.
- Bereiden omgekeerde complementaire strengen van sectie 3.
- Voeg 2 μL van de strengen die complementair is aan de strengen van de vergrendeling van de gewenste lengte wordt reverse in 20 μL van de samengestelde structuur. De DNA-lock strengen concentratie is vijf keer hoger dan de structuur.
- Incubeer het monster van 0, 12, 60, 120, 240 minuten om te zien hoe snel herconfiguratie optreedt.
- Voor de 12, 60, 120, 240 minuten incubatie, snel verwarmen van het monster tot 40 ° C en langzaam afkoelen tot 20 ° C voor een tijdsbestek dat overeenkomt aan elk. Direct na het ontkoppelen stap, kunt u het monster tot 4 ° C om te voorkomen dat ongewenste denaturatie snel afkoelen.
- Opslaan voor de 0 minuten incubatie, monster bij 4 ° C recht nadat omgekeerde complementaire strengen zijn toegevoegd.
7. TEM Imaging
Opmerking: TEM imaging protocol werd aangepast van vorige literatuur18,20.
- Bereid 1,25 M NaOH-oplossing door het mengen van 87,5 μL van de nuclease-gratis water en 12,5 μL van 10 M NaOH-oplossing.
- 1 μL van 1,25 M NaOH-oplossing toevoegen aan 50 μl van de 2% uranyl formate oplossing.
- Vortex de oplossing voor 3 minuten en centrifugeer bij max snelheid gedurende 3 minuten. 3 μl van het gezuiverde monster stort op de grid TEM gloed-geloosd gedurende 3 minuten en snel wassen met filtreerpapier.
- Stort 7 μL van bereid uranyl formate oplossing gedurende 30 seconden en snel wassen met filtreerpapier.
- Meet de lengte en de hoek van de accordeon structuur beeld door TEM.
8. FRET analyse
- Gebruik van Atto 550 en Atto 647N kleurstof, waarvoor de Förster-afstand 6.5 is nm. Nietje 58 en nietje 117 in tabel 1 vervangen door fluorescently geëtiketteerde strengen. Synthetiseren vervolgens de structuur met fluorescently geëtiketteerde strengen volgens de methode beschreven in punt 3.
- Het meten van de concentratie van het gezuiverde monster.
- Normaliseren van het monster, tot 10 nM en laden 50 μl aan de 384 microplates goed.
- Wekken van het monster met de donor en acceptor verfstoffen bij 550 nm en maatregel het spectrum van de fluorescentie van 570 nm tot 800 nm met een fluorescentiespectroscopie.
- Meet het spectrum van de fluorescentie van het alleen-donor monster op dezelfde manier.
- Excite de kleurstoffen van het monster bij 650 nm, fluorescentie spectrum en de maatregel van 670 nm tot 800 nm. Dit is voor het meten van de concentratie van de acceptor.
- De standaarddeviaties verkrijgen door te herhalen hetzelfde experiment met drie monsters, die gesynthetiseerd en gezuiverd afzonderlijk.
- Berekenen van de efficiëntie van de FRET met de verhouding tussen een methode zoals beschreven door de vergelijking onder21.
DA550: Acceptor piek fluorescentie intensiteit van het monster met de donor en acceptor bij 550 nm excitatie.
D550: intensiteit van de fluorescentie bij de acceptor emissie bereik van het monster van het donor-alleen bij 550 nm excitatie.
DA650: Acceptor piek fluorescentie intensiteit van het monster met de donor en acceptor bij 650 nm excitatie.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Het DNA van de accordeon rek van ontworpen 6 bij 6 wordt gesimuleerd van de oxDNA16,17 , en de resultaten worden weergegeven in Figuur 6. Van het resultaat van de simulatie, werd bevestigd dat de beoogde structuur zonder vervorming van de structuur wordt gevormd.
De TEM-afbeeldingen in Figuur 7 zijn beelden van geconfigureerde structuren met een lock-lengte van 2, 8, 13 en 20 bp. Op het beeld, is de hoek van de structuren (figuur 8A) gedaald als de lengte van de sluis langer wordt. Om de neiging statistisch te analyseren, werden het gemiddelde en de standaardafwijking van de hoek (figuur 8A) van meerdere geconfigureerde structuren bekomen (Figuur 8). Ook de meetresultaten FRET Toon structurele veranderingen en zijn snelheid, naast de structurele tendens in de TEM afbeelding getoonde (figuur 8C).
Uit deze analyse procedures, karakterisering van het DNA accordeon rack zoals hoeveel sloten zijn nodig voor structurele configuratie en herconfiguratie snelheid werd bepaald.
Figuur 1. Een herconfigureerbare DNA accordeon rek. A. de DNA accordeon rek bestaat uit stijve DNA balken en de meerdere flexibele gewrichten die verbinding maken met elke boom. Het accordeon rek is anders geconfigureerd volgens de lengte van de DNA-sluizen. Verschillende 2D- en 3D-platformen kunnen worden ontworpen door aanpassing van het platform. B. de herconfiguratie van het accordeon rack van DNA wordt bereikt met kruising van DNA sloten met verschillende lengtes. In de ' vrije ' staatsstructuur, wanneer extra nucleotiden worden toegevoegd aan de cross-overs (of gewrichten, geel), kan als gevolg van de losse verbinding tussen de balken van de DNA (bestaande uit twee helices), de hoek worden gewijzigd (bovenste deel). Kruising van de DNA-sloten met verschillende lengtes van het deel van de brug naar het kleverige deel van beide aangrenzende balken genereert de 'vergrendeld staat' (onderste deel). Strand verplaatsing met behulp van het steunpunt onderdelen (blauw) van de DNA-sluizen met de brandstof lijn loskoppelen van de DNA-sluizen van de vergrendelde staat van de structuur en de Braziliaanse omzetten in het vrije verkeer. Door die werkwijze herhalen bij verschillende bibliotheken van de DNA-sluizen, is de structuur geconfigureerd met verschillende invalshoeken. Dit cijfer is gewijzigd van het vorige onderzoek11. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 2. 6 bij 6 accordeon rek is ontworpen met behulp van de caDNAno. De 14 balken van het DNA accordeon rack zijn genummerd en getekend op het rooster paneel van de caDNAno. Dit cijfer is gewijzigd van het vorige onderzoek11. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 3. Steigerwerk routeringsalgoritme. A. steiger die niet worden gebruikt in de vergadering op de hoekpunten gelegen aan weerszijden van het accordeon rack. B. zeven gesloten lussen worden samengevoegd in een enkele lus door het genereren van de steiger cross-overs. Ten minste zes steiger crossovers punten nodig zijn en de positie van de steiger crossovers is aangepast uit de vorige literatuur. Dit cijfer is gewijzigd van het vorige onderzoek11. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 4. Voorbeeld van een configuratiebestand. Het configuratiebestand bevat algemene informatie zoals de tijdstap, energie en vak paginaformaat en de afdrukstand. De negen kolommen aan de linkerkant in het configuratiebestand zijn respectievelijk de positie vector, vector backbone-base en normaal vector. De zes kolommen aan de rechterkant zijn snelheden en angular snelheden. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 5. Visualisatie van het configuratiebestand voor en na de wijziging. Positie, backbone-base en normaal vector is bewerkt met behulp van roterende transformatie te maken van de informatie in het configuratiebestand weerspiegelen de structuurgegevens van het accordeon rack. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 6. Simulatie resultaat uit oxDNA. Het accordeon rek met DNA sloten, waarvan de lengtes 2, 8, 13 en 20 bp zijn, werden gesimuleerd. 18 vergrendeling van sites werden gebruikt. Een accordeon rack van 6 bij 6 met een DNA vergrendelen waarvan de lengte is A 2 bp, B 8 bp, C 13 bp en D 20 bp worden gesimuleerd engevisualiseerd door cogil. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 7. TEM beelden van geconfigureerde 6 bij 6 DNA accordeon rekken. Structuren met lock lengtes van A 2 bp, B 8 bp, C 13 bp en D 20 bp waren beeld. 18 vergrendeling sites werden gebruikt voor dit experiment. (schaal bar: 100 nm). Dit cijfer is gewijzigd van het vorige onderzoek11. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 8. De controle van de hoek van het 2D accordeon rek. De hoek van het accordeon rack bestaat uit 6-door-6 mazen werd gecontroleerd door de lengte van de DNA-sluizen. A. DNA sloten met een lengte van 2, 8, 13 en 20 bp aan de 18 vergrendeling sites van het accordeon rack toe te voegen, de hoek (blauw) is geconfigureerd zoals gezien in de representatieve TEM beelden. De kleurstof paar, Atto647N en Atto550 is aan de structuur voor de FRET efficiëntieanalyse gekoppeld. (schaal bar: 100 nm) B. de verdeling van de geconfigureerde hoeken. De overlay trendlijn (grijs) is uit de grafiek van de 1 slot per 2 mazen. Bovendien, het raster van de x-as komt overeen met het zelfde raster in de grafiek van de 1 slot per 2 mazen. Staven aan één standaarddeviatie van de gemiddelde hoek. C. de verdeling van de efficiëntie van de FRET. Staven aan één standaarddeviatie van het gemiddelde rendement. D. FRET efficiëntie wijzigen terwijl de Braziliaanse overgestapt van vrij om vergrendeld of vice versa is gemeten volgens verschillende incubatie times. De DNA-sluis met de lengte van 2 bp werd gebruikt. Staven aan één standaarddeviatie van het gemiddelde rendement. Dit cijfer is gewijzigd van het vorige onderzoek11. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Naam | Volgorde | Lengte | |||
Nietje 1 | ATAAGAGGTCATTTTTGCGGATGGATGTTACT | 32 | |||
Nietje 2 | CAAAGTTACCAGAAGGAAACCGAGACATCGGG | 32 | |||
Nietje 3 | ACAATGAAATAGCAATAGCTATCTCAAATAAA | 32 | |||
Nietje 4 | CGCTAATATGAACGGTGTACAGACCAGGCGCATAGGCTGGGAACAAAGTCAGAGGG | 56 | |||
Nietje 5 | CAGAAAACCCGGAATAGGTGTATCACCGTACTCAGGAGGTCCCCCTCAAATGCTTT | 56 | |||
Nietje 6 | AGTGAGAATAGAAAGGTATGATATTCAACCGTTCTAGCTGATAAATTATCAACAGT | 56 | |||
Nietje 7 | ATTTGGGGCGCGAGCTATATGGTT | 24 | |||
Nietje 8 | GCCTTTATTTCAACGCAAGGATAATTAATGGA | 32 | |||
Nietje 9 | TCAATTACCCACTACGAAGGCACCGGTAAAAT | 32 | |||
Nietje 10 | ATTCAGTGAATAAGGCTTGCCCTGAAAACAGA | 32 | |||
Nietje 11 | AGAAACAATAACGGATTCGCCTGATAGCCGAA | 32 | |||
Nietje 12 | ATCAATATCTGGTCAGTTGGCAAAAGTAACAA | 32 | |||
Nietje 13 | CGGAGACAGTCAAATCACCATCAAGGGTTAGA | 32 | |||
Nietje 14 | GAGAATTAACTGAACACGAAACAAAGTACAACGGAGATTTGTATCATCGAAGCGCA | 56 | |||
Nieten 15 | CGAGAGGGTTGATATAAGTATAGCATAGGAAC | 32 | |||
Nietje 16 | CCCTTATTAGCGTTTGCCATCTTTTGGTGCCG | 32 | |||
Nietje 17 | GTTTTCATCGGCATTTATGCCGGA | 24 | |||
Nietje 18 | GTAGCAACTTCCAGTAAGCGTCATGTCTCTGA | 32 | |||
Nietje 19 | AGCTAATGCAGAACGCAATAAACA | 24 | |||
Nietje 20 | CCGTAATGGGATAGGTCACGTTGGGCCTATTT | 32 | |||
Nietje 21 | ACCAGAGCCACCACCGCGAGAGGC | 24 | |||
Nietje 22 | AGGCTCCAAAAGGAGCCGTTTACCAGACGACGATAAAAACCAAAATAGAAAATCTC | 56 | |||
Nietje 23 | GCCGGAAGGAAACGCAATAATAACGGAATACCCAAAAGAACTCACAATTCCACACA | 56 | |||
Nietje 24 | TTTTTCACCGGTGTCTGGAAGTTTCATTCCATATAACAGTACTAAAGGAATTGCGA | 56 | |||
Nietje 25 | ATCAGGTCTTTACCCTCGCATTAAATTTTTGTTAAATCAGCTCATTTTTGACCATA | 56 | |||
Nietje 26 | TGCTGCAAGGCGATTAAGTTGGGTGACATTCA | 32 | |||
Nietje 27 | AATAAAGAAATTGCGTAGATTTTCAGCTGCTC | 32 | |||
Nietje 28 | CCCAATCCTCGCACTCCAGCCAGCTTTCCGGCACCGCTTCAAAATAAACAGCCATA | 56 | |||
Nietje 29 | AAAGACTTCAAATATCATCAAAAGAATAGCCCGAGATAGGGTTGAGTGATTAAGAG | 56 | |||
Nietje 30 | GTAGCGACAGAATCAAGTTTGCCTGATTTAGA | 32 | |||
Nietje 31 | GCCACCCTCAGAACCGCCACCCTCAACAAGAG | 32 | |||
Nietje 32 | AAGCAAGCCGTTTTTATTTTCATCTCCTGATT | 32 | |||
Nietje 33 | GAGGGTAGCTATTTTTGAGAGATCCGTCAGAC | 32 | |||
Nietje 34 | TATGACCCTGTAATACTCCCATCCTAATTTACGAGCATGTAGAAACCAGTTGTACC | 56 | |||
Nietje 35 | GATTAGAGAGTACCTTAACAGTGCCCGTATAAACAGTTAATGCCCCCTAACTCCAA | 56 | |||
Nietje 36 | CGTCTTTCCAGACGTTGTAGGAATCATTACCGCGCCCAATAGCAAGCACGATCTAA | 56 | |||
Nietje 37 | TTTAACGTCAAAAATGAGTGAGACGGGCAACAGCTGATTGCCCTTCACAAGAAACG | 56 | |||
Nietje 38 | TTTAACGGGGTCAGTGCCTTGAGTATAAGGGA | 32 | |||
Nietje 39 | AATTGTGTGCAAAATCCCTTATAAGGTGGTTC | 32 | |||
Nietje 40 | ACCAGTAGCACCATTACCATTAGCTTTCAGGG | 32 | |||
Nietje 41 | AAACATCAAGAAAACAAAATTAATTCACATTA | 32 | |||
Nietje 42 | TTGGCCTTGATATTCATCATCTTT | 24 | |||
Nietje 43 | TGCATCAATCAACAGTTGAAAGGAATTGAGGAAGGTTATCATTATAGTCAGAAGCA | 56 | |||
Nietje 44 | GCCCCAGCAGGCGAAAATCCTGTTAGGGGACG | 32 | |||
Nietje 45 | TCCTCATTAAAGCCAGAATGGAAAAGCAAGAA | 32 | |||
Nietje 46 | GAGCCTAATTTGCCAGGGGGGTAATAGTAAAATGTTTAGACTGGATAGAACGAGCG | 56 | |||
Nietje 47 | TAAGAGCAACACTATCATAACCCTTTAACGTC | 32 | |||
Nietje 48 | ATAGCAAGCCCAATAGGAACCCATGCAAAATC | 32 | |||
Nietje 49 | CATAAAAACTTAGAGCTTAATTGCTGAATATAATGCTGTATAGCAGCCTTTACAGA | 56 | |||
Nietje 50 | ATTTACCGGGCTACAGAGGCTTTGGAACGAGG | 32 | |||
Nietje 51 | GTGCCTAATGAGTGAGAATGCAGATACATAACGCCAAAAGGAATTACGAAGTGTAA | 56 | |||
Nietje 52 | ATACCGATAGTTGCGCATCGGCCAACGCGCGGGGAGAGGCGGTTTGCGTTTCTTAA | 56 | |||
Nietje 53 | ATAACCGATACCGAAGCCCTTTTTAAGAAAAGTAAGCAGAAATGACAACAACCATC | 56 | |||
Nietje 54 | TCAGAGCCGCCACCCTCAGAACCGGCTCAACA | 32 | |||
Nietje 55 | TTTTGCAAAAGAAGTTTTGCCAGAAATCAAAA | 32 | |||
Nietje 56 | GGCCTCTTCGCTATTACGCCAGCTAAGAAACC | 32 | |||
Nietje 57 | ACATGTTCAAAGACACCACGGAATCATATAAA | 32 | |||
Nietje 58 | CTGTGTGAAATTGTTAGAGTAATGTGTAGGTAAAGATTCAAAAGGGTGTGGTCATA | 56 | |||
Nietje 59 | TTTCGAGGCCGGATATTCATTACCCAAATCAACGTAACAAAATTGTATCGGTTTAT | 56 | |||
Nietje 60 | CTTTAGGAGCACTAACAACTAATAAGCCCCAA | 32 | |||
Nietje 61 | AGATTAGTTGCTATTTTACAAAGGCTATCAGGTCATTGCCTGAGAGTCTTGAAGCC | 56 | |||
Nietje 62 | GAGCCGCCGCCAGCATTGACAGGACTGACCTT | 32 | |||
Nietje 63 | GAAACCAGGCAAAGCGCCATTCGCTCATAGCC | 32 | |||
Nietje 64 | CATCAAGAGTAATCTTGACAAGAACACCACCA | 32 | |||
Nietje 65 | AACCTTGCTTCTGTAAATCGTCGCTTATCAAC | 32 | |||
Nietje 66 | TAGTTAGCGACAACTCGTATTAAATCCTTTGCCCGAACGTGTAGCATTCCACAGAC | 56 | |||
Nietje 67 | ACCGATTGAGGGAGGGAAGGTAAAGGGGGATG | 32 | |||
Nietje 68 | TACCAGCGCCAAAGACAAAAGGGCGTTTAGCT | 32 | |||
Nietje 69 | TCATATATTTTAAATGCAATGCCTAAAACGAA | 32 | |||
Nieten 70 | ACATTATCATTTTGCGTATTGACG | 24 | |||
Nietje 71 | CGGAACCTATTATTCTGAAACATGCGGATTGA | 32 | |||
Nietje 72 | CCTGAGAGATATTTTGTTAAAATTTAAATTGT | 32 | |||
Nietje 73 | GAAACCATCGATAGCAAATCAGAT | 24 | |||
Nietje 74 | CTCAGAGCCGCCACCATATTGGGC | 24 | |||
Nietje 75 | CACCGACTTGAGCCATTTGGGAATACACTGAG | 32 | |||
Nietje 76 | TCATGAGGAAGTTTCCATTAAACGTTTGCGGG | 32 | |||
Nietje 77 | AAACAGGAAGATTGTATAAGCAAATAAAATAT | 32 | |||
Nietje 78 | ATCGTCACCCTCAGCAGCGAAAGAAGACTTTT | 32 | |||
Nietje 79 | ATCAACATTAAATGTGTTGTTCCA | 24 | |||
Nietje 80 | TGCAGGGAGTTAAAGGAACGAAAGAGGCAAAAGAATACACTAAAACACTTCGGTCG | 56 | |||
Nietje 81 | ACGTAATGCTGAGCAAAAGAAGATTATTCATT | 32 | |||
Nietje 82 | AATCGATGAACGGTAATCGTAAAATTAGTACC | 32 | |||
Nietje 83 | GACCCCCAGCGATTATACCAAGCGGAGGCAGG | 32 | |||
Nietje 84 | CGAAATCCGCGACCTGGCCTGATA | 24 | |||
Nietje 85 | GCCATCAAAAATAATTCGCGTCTGAGTGCCGT | 32 | |||
Nietje 86 | TCGGCTGTCTTTCCTTATCATTCCATTACCTT | 32 | |||
Nietje 87 | CAGACCGGGGGCGCATCGTAACCGTGCATCTGCCAGTTTGTTTAATTCGAGCTTCA | 56 | |||
Nietje 88 | GTTTGGAACAAGAGTCCACTATTACCTGTAGC | 32 | |||
Nietje 89 | AACAGTACATAAATCAATATATGTCGGGAGAA | 32 | |||
Nietje 90 | GACGTTGGGAAGAAAAATCTACGTCTGGCATG | 32 | |||
Nietje 91 | CAAAATCGCGCAGAGGCGGGAAAC | 24 | |||
Nietje 92 | ATTGCGTTGCGCTCACTGCCCGCTGATGAAAC | 32 | |||
Nietje 93 | CCCCGGTTGATAATCACGTCCAAT | 24 | |||
Nietje 94 | ATGCCTGCAGGTCGACAAGAACGGGTATTAAACCAAGTACCGCACTCACCAGTGCC | 56 | |||
Nietje 95 | GTTTGGATTATACTTCTGAATAATTGATTCCC | 32 | |||
Nietje 96 | ACCGAACTGACCAACTTTGAAAGATAATAAGT | 32 | |||
Nietje 97 | GCCAGGGTGGTTTTTCTTTTCACCCCTCAGAG | 32 | |||
Nietje 98 | CAGTTGAGATTTAGGAATACCACATACATTTA | 32 | |||
Nietje 99 | TAGCCGGAACGAGGCGCAGACGGTTCCTTTTG | 32 | |||
Nietje 100 | AGTATTAGACTTTACAAACAATTCCGTAATCA | 32 | |||
Nietje 101 | CTTGCGGGAGAACCGCCACCCTCAGAGCCACCACCCTCATGAGGCGTTTTAGCGAA | 56 | |||
Nietje 102 | TTAAGAACTGGCTCATATCAATAA | 24 | |||
Nietje 103 | CATACAGGCAAGGCAAAGAATTAGAAGTTTAT | 32 | |||
Nietje 104 | ATTGAGTTAAGCCCAAACATGGCTTTTGATGATACAGGAGTGTACTGGGAGATAAC | 56 | |||
Nietje 105 | ATAGAAGGCTTATCCGGTATTCTACGGAAACG | 32 | |||
Nietje 106 | CTGTCGTGCCAGCTGCATTAATGATTTGAATA | 32 | |||
Nietje 107 | CTTACCAAGATTAGAGCCGTCAATAGATAATACATTTGAGCCCAGCTACAATTTTA | 56 | |||
Nietje 108 | ACCTTGCTGAACCTCAAAAGTATTAAGAGGCTGAGACTCCTCAAGAGAAAAAATCT | 56 | |||
Nietje 109 | TTTGTCACAATCAATAGAAAATTCCAATAAAT | 32 | |||
Nietje 110 | CAATTCTATTCAACTTTAATCATTCTTGAGAT | 32 | |||
Nietje 111 | ACGACAGTATCGGCCTCAGGAAGAGCTGGTTT | 32 | |||
Nietje 112 | ACTGCGGAATCGTCATAAATATTCATGTCAAT | 32 | |||
Nietje 113 | TTTCGTCACCAGTACAAACTACAAATCACCGT | 32 | |||
Nietje 114 | AATTCTGCGAACGAGTAGATTTAGTCCTGATT | 32 | |||
Nietje 115 | GAAATTATTCATTAAAGGTGAATTTTTAAAAG | 32 | |||
Nietje 116 | ACCAGAAGGAGCGGAATTATCATCTCGGTGCG | 32 | |||
Nietje 117 | AATTCGTAACGAGAAACACCAGAACGAGTAGTAAATTGGGGAGGATCCCCGGGTAC | 56 | |||
Nietje 118 | ATTAAGACTCCTTATTACGCAGTACCAGTCAG | 32 | |||
Nietje 119 | GGTTTAATCTAATAGTAGTAGCATGGTGGCAT | 32 | |||
Nietje 120 | AAACCGTCTTAGCGGGGTTTTGCTCAGTACCAGGCGGATATGGACTCCAACGTCAA | 56 | |||
Nietje 121 | TATCAAAATTATTTGCAGAAAGGC | 24 | |||
Nietje 122 | ACAACATTATTACAGGTAGAACCC | 24 | |||
Nietje 123 | CCCGTCGGATTCTCCGTGGGAACAAACCCTCA | 32 | |||
Nietje 124 | ACAATTTCATTTGAATTACCTTTTAGATTCAT | 32 | |||
Nietje 125 | GCTAAACACATTCAGGCTGCGCAACTGTTGGGAAGGGCGAAATGAATTTTCTGTAT | 56 | |||
Nietje 126 | AATAGATAAGTCCTGAACAAGAAAGAGTGAAT | 32 | |||
Nietje 127 | AAAGCTAATGTTAGCAAACGTAGAAAATACATACATAAAGTTAAGCAATAAAGCCT | 56 | |||
Nietje 128 | TGTTTTAAATATGCAACTAAAGTACGCCTCCC | 32 | |||
Nietje 129 | ATACAGTAACAGTACCAGGCATAG | 24 | |||
Nietje 130 | GTAAAACGTTTGACCATTAGATACATTTCGCAAATGGTCACAGGGTTTTCCCAGTC | 56 | |||
Nietje 131 | AGTTGCAGCAAGCGGTCGCCTGGC | 24 | |||
Nietje 132 | ATGGCAATTCATCAATTCGAGAAC | 24 |
Tabel 1. Volgorde van de staple strengen
Naam | Volgorde |
Toehold_1 | AGAAGTCG |
Toehold_2 | AGGTATGG |
Toehold_3 | CTCCACTC |
Toehold_4 | GTGTCCGA |
Toehold_5 | AAGTAGAC |
Toehold_6 | GAGTCGCT |
Toehold_7 | AGTGTCTA |
Toehold_8 | GTATCGTG |
Toehold_9 | CATCACAG |
Toehold_10 | CGAGACTT |
Toehold_11 | ACGGACGA |
Toehold_12 | GCCTACTC |
Toehold_13 | GATGTGGA |
Toehold_14 | GCGTGCGT |
Toehold_15 | GTGGACAA |
Toehold_16 | TACGACTG |
Toehold_17 | CAGCCGTG |
Toehold_18 | TGCCGCAT |
Tabel 2. De volgorde van het steunpunt voor het strand displacement experiment
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Dit protocol introduceert het gehele proces van ontwerp, simulatie, synthese en analyse van het fundamentele 2D DNA accordeon rack. Het gewijzigde ontwerp en simulatie regels zijn beschreven omdat de ontwerp-regel van die van standaard DNA origami verschilt, in dat het DNA accordeon rek extra nucleotiden in de cross-overs voor flexibiliteit14,15 heeft. Van dit verwachten wij dat het protocol van verschillende onderzoeken met behulp van DNA accordeon rekken kan versnellen. Het beschreven protocol kan daarnaast ook worden toegepast op andere onderzoek met behulp van DNA nanostructuur in plaats van standaard DNA origami.
Voor structuren dan de 2D basisstructuur aangetoond in het oorspronkelijke onderzoek papier, kan het ontwerp worden gedaan met wijzigingen van het protocol beschreven. Kortom, is een boksen-handschoen-lente-structuur ontworpen door het veranderen van de lichtbundel aantal en de lengte van het basismodel. 3D nanotubular structuren kunnen ook worden gemaakt door het aansluiten van de beide uiteinden van de structuur van een 2D accordeon rek. Echter voor het simuleren van de 3D-structuren, de aanvankelijke positie van de balken worden aangemerkt in de 3D-ruimte en de beginstaat van de balken wordt verondersteld te worden gebogen. Daarom, meer computationele transformatie nodig is. Ontwerp en simulatie van verschillende 2D en 3D DNA accordeon rack structuren zal worden uitgevoerd door de ontwikkeling van het CAD-programma in de toekomst onderzoek.
Snelheid en herhaalbaarheid van bediening zijn ook belangrijke factoren op het gebied van dynamische DNA nanotechnologie. Onlangs dynamische structuren van DNA die op externe elektrische reageren of magnetische veld zijn voorgesteld en met hoge snelheid22,23bediend. Terwijl het DNA accordeon rek heeft ingeschakeld voor collectieve bediening van meerdere balken van DNA, was de herconfiguratie snelheid niet aanzienlijk verbeterd sinds bediening is gebaseerd op DNA strand verplaatsing. Voor verdere toepassingen, moet reactie op externe prikkels worden verbeterd door het optimaliseren van DNA lock ontwerp of met behulp van een andere externe prikkels.
Als een studie van de toepassing voor de herconfigureerbare accordeon structuur, verschillende functionele materialen zoals drug moleculen, kunnen nanodeeltjes, of eiwitten worden gekoppeld aan de structuur. Hiervoor kunnen de moleculen worden aangesloten op het nietje die op de gewenste positie bestaat. Over het geheel genomen kan een verscheidenheid van toepassing studies plaatsvinden door middel van dit protocol en de wijzigingen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen
Acknowledgments
Dit onderzoek werd slechts gedeeltelijk ondersteund door de Global Research Development Center Program via de nationale onderzoek-Stichting van Korea(NRF) naar gefinancierd door het ministerie van wetenschap en ICT (MSIT) (2015K1A4A3047345) en Nano· Materiële Technology Development Program via de nationale onderzoek Stichting van Korea (NRF) gefinancierd door het ministerie van wetenschap en ICT (MSIT) (2012M3A7A9671610). Het Instituut voor Engineering Research aan Seoul National University geboden onderzoeksfaciliteiten voor dit werk. Auteurs erkennen dankbaarheid naar Tae-Young Yoon (Biological Sciences, Seoul National University) met betrekking tot de Fluorescentiespectroscopie voor de analyse van de FRET.
Materials
Name | Company | Catalog Number | Comments |
M13mp18 Single-stranded DNA | NEB | N4040s | |
1M MgCl2 Solution | Biosesang | M2001 | |
Tris-EDTA buffer | Biosesang | T2142 | |
Nuclease-Free Water | Qiagen | 129114 | |
5M Sodium Chloride solution | Biosesang | s2007 | |
PEG 8000 | Sigma Aldrich | 1546605 | |
10N NaOH | Biosesang | S2038 | |
Uranyl formate | Thomas Science | C993L42 | |
Thermal cycler C1000 | Biorad | ||
Nanodropic 2000 | Thermo Fisher Scientific | ||
TEM (LIBRA 120) | Carl Zeiss | ||
Fluorometer Enspire 2300 | Perkin-Elmer | ||
Centrifuge | Labogene | LZ-1580 |
References
- Andersen, E. S., et al. Self-assembly of a nanoscale DNA box with a controllable lid. Nature. 459 (7243), 73-76 (2009).
- Cha, T. -G., et al. Design principles of DNA enzyme based walkers: Translocation kinetics and photo-regulation. Journal of the American Chemical Society. 137 (29), 9429-9437 (2015).
- Gerling, T., Wagenbauer, K. F., Neuner, A. M., Dietz, H. Dynamic DNA devices and assemblies formed by shape-complementary, non-base pairing 3D components. Science. 347 (6229), 1446-1452 (2015).
- Pinheiro, A. V., Han, D., Shih, W. M., Yan, H. Challenges and opportunities for structural DNA nanotechnology. Nature nanotechnology. 6 (12), 763-772 (2011).
- Li, J., et al. Exploring the speed limit of toehold exchange with a cartwheeling DNA acrobat. Nature Nanotechnology. 1, (2018).
- Krishnan, Y., Simmel, F. C. Nucleic acid based molecular devices. Angewandte Chemie International Edition. 50 (14), 3124-3156 (2011).
- Liu, M., et al. A DNA tweezer-actuated enzyme nanoreactor. Nature communications. 4, 2127 (2013).
- Douglas, S. M., Bachelet, I., Church, G. M. A logic-gated nanorobot for targeted transport of molecular payloads. Science. 335 (6070), New York, N.Y. 831-834 (2012).
- Kuzyk, A., et al. Reconfigurable 3D plasmonic metamolecules. Nature Materials. 13 (9), 862-866 (2014).
- Zhou, C., Duan, X., Liu, N. A plasmonic nanorod that walks on DNA origami. Nature communications. 6, 8102 (2015).
- Choi, Y., Choi, H., Lee, A. C., Lee, H., Kwon, S. A Reconfigurable DNA Accordion Rack. Angewandte Chemie International Edition. 57 (11), 2811-2815 (2018).
- Chen, H., et al. Understanding the Mechanical Properties of DNA Origami Tiles and Controlling the Kinetics of their Folding and Unfolding Reconfiguration. Journal of the American Chemical Society. 136 (19), 6995-7005 (2014).
- Han, D., Pal, S., Liu, Y., Yan, H. Folding and cutting DNA into reconfigurable topological nanostructures. Nature Nanotechnology. 5 (10), 712-717 (2010).
- Douglas, S. M., et al. Rapid prototyping of 3D DNA-origami shapes with caDNAno. Nucleic Acids Research. 37 (15), 5001-5006 (2009).
- Castro, C. E., et al. A primer to scaffolded DNA origami. Nature methods. 8 (3), 221-229 (2011).
- Ouldridge, T. E., Louis, A. A., Doye, J. P. K. DNA Nanotweezers Studied with a Coarse-Grained Model of DNA. Physical Review Letters. 104 (17), 178101 (2010).
- Snodin, B. E. K., et al. Direct Simulation of the Self-Assembly of a Small DNA Origami. ACS Nano. 10 (2), 1724-1737 (2016).
- Amir, Y., Abu-Horowitz, A., Bachelet, I. Folding and Characterization of a Bio-responsive Robot from DNA Origami. Journal of Visualized Experiments. (106), e51272 (2015).
- Stahl, E., Martin, T. G., Praetorius, F., Dietz, H. Facile and Scalable Preparation of Pure and Dense DNA Origami Solutions. Angewandte Chemie International Edition. 53 (47), 12735-12740 (2014).
- Wei, B., Vhudzijena, M. K., Robaszewski, J., Yin, P. Self-assembly of Complex Two-dimensional Shapes from Single-stranded DNA Tiles. Journal of Visualized Experiments. (99), e52486 (2015).
- Clegg, R. M. Fluorescence resonance energy transfer and nucleic acids. Methods in enzymology. 211, 353-388 (1992).
- Kopperger, E., et al. A self-assembled nanoscale robotic arm controlled by electric fields. Science. 359 (6373), New York, N.Y. 296-301 (2018).
- Lauback, S., et al. Real-time magnetic actuation of DNA nanodevices via modular integration with stiff micro-levers. Nature Communications. 9 (1), 1446 (2018).