可以自主折叠成定义​​结构的单链DNA和RNA折纸 2016-11-01 06:27:16

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单链折纸技术基于设计规则,可用于跨越单链区域内的DNA链以构建大型纳米结构信用:Molgraphics纳米技术人员正在使用DNA,生物体中存在的遗传物质,以及多功能表亲RNA作为原料,致力于打造可能充当药物输送载体的微小装置,生产药物和化学品的微小纳米工厂,或电子和光学技术中高度敏感的元素,如自然界中的遗传DNA(和RNA),这些工程纳米技术装置也由由四个碱基组成的链组成,这四个碱基简称为A,C,T和G区域,这些链中的区域可以通过短的互补碱基序列自发折叠并相互结合

序列与另一个人的Ts结合,以及Cs到Gs哈佛大学Wyss生物启发工程研究所的研究人员多方面和其他地方已经使用这些特征来设计自组装纳米结构,例如支架式DNA折纸和不断增长的尺寸和复杂性的DNA砖,这些结构对于各种应用变得有用然而,将这些结构转化为医疗和工业应用仍然具有挑战性,部分是因为这些多链系统由于缺失链而容易出现局部缺陷

此外,它们自组装成数百到数千个单独的DNA序列,每个DNA序列必须经过验证和高精度应用测试,其昂贵的合成通常会产生不希望的副产品现在,来自Wyss研究所,亚利桑那州立大学和Autodesk的研究人员合作研究小组首次在Science发表了一种新方法,可以设计出能够自主折叠成多样化的复杂的单链DNA和RNA折纸

,稳定的,用户定义的结构与multistra的合成相反纳米结构,这些全新的折纸类型折叠起来,可以在活细胞中复制

这可以实现大规模低成本生产和高纯度,为药物输送等多种应用开辟全新机遇和纳米加工早期的大尺寸折纸由一个中央脚手架组成,其折叠和稳定性需要200多根短纤维束,桥接脚手架的远端部分并将它们固定在空间中“与传统的脚手架origamis相比,它们是组装的从数百个组件中,我们的新方法使我们能够可靠地设计和合成稳定的单链和自折叠折纸,“Wyss Institute核心教员和相应作者Peng Yin说道

”我们的基本新方法依赖于单股折叠,而不是比多组分装配,生产大型纳米结构,这与bas的能力一起克隆和繁殖细菌中的单组分链,呈现改变游戏规则的DNA纳米技术进步,大大增强了单链折纸在实际应用中的潜力“Yin也是Wyss Institute分子机器人计划和教授的共同领导者

哈佛医学院(HMS)的系统生物学为了能够生成具有不同折叠模式的单链和稳定的基于DNA的折纸,该团队首先必须克服一些挑战

在经过复杂折叠过程的大DNA链中,许多序列需要与远程序列精确配对如果这个过程没有以有序和精确的方式发生,那么这条线就会缠结并形成非特定的结,使它无用“为了避免这个问题,我们确定了新的设计规则我们可以用来跨越不同双链区域之间的DNA链,并开发了一个基于网络的自动化设计工具,允许研究她将这些事件中的许多事件整合到折叠路径中,形成一个大型无结纳米复合体,“该研究的第一作者和尹团队的博士后研究员Dongran Han说道

之前创建的最大DNA折纸结构是通过合成所有它们的组成序列在体外单独并将它们混合在一起作为新设计过程的一个关键特征,DNA折纸的单链使研究人员能够将DNA序列稳定地引入E中 大肠杆菌以低成本和精确的方式复制它们与每个细胞分裂“这可以极大地促进单链折纸的开发,用于高精度纳米技术,如药物传递载体,例如,因为只有一个易于生产的单一分子需要经过验证和批准,“汉说道最后,该团队还将单链折纸技术应用于RNA,RNA作为一种不同的核酸材料,具有某些优势,例如细菌中更高的生产水平,以及潜在的细胞内和治疗性RNA应用将RNA方法转化为合成RNA结构的大小和复杂性,与以前的RNA结构相比,可扩展10倍概念验证分析还证明突出的DNA环可以精确定位并用作手柄附着功能性蛋白质在未来的发展中,单链折纸因此可以通过附加酶荧光来实现功能化探针,金属颗粒或药物可以在它们的表面或内部空腔中进行

这可以有效地将单链折纸转换成纳米工艺,光敏和发光光学器件,或药物传递载体出版物:Dongran Han,et al,“单链DNA和RNA折纸,“Science 15 Dec 2017:Vol 358,Issue 6369,eaao2648; DOI:101126 / scienceaao2648资料来源:Wyss Institute Communications的Benjamin Boettner