Новый поворот в ДНК-оригами: структуры мета-ДНК трансформируют мир ДНК-нанотехнологий
Это исследование было опубликовано сегодня в журнале Nature Chemistry – действительно, концепция самосборки мета-ДНК может полностью изменить микроскопический мир структурных нанотехнологий ДНК.
Общеизвестно, что предсказуемая природа пар оснований Уотсона-Крика и структурные особенности ДНК позволили использовать ДНК в качестве универсального строительного блока для создания сложных наноразмерных структур и устройств.
«Вехой в технологии ДНК, безусловно, стало изобретение ДНК-оригами, где длинная одноцепочечная ДНК (оцДНК) складывается в заданные формы с помощью сотен коротких основных цепей ДНК», – пояснил Ян. «Однако было непросто собрать архитектуру ДНК большего размера (от микрона до миллиметра), что до недавнего времени ограничивало использование ДНК-оригами.«Новые структуры микронного размера имеют ширину порядка человеческого волоса, что в 1000 раз больше, чем исходные наноструктуры ДНК.
С тех пор, как в 2011 году они украсили обложку журнала Science Magazine своими элегантными наноструктурами ДНК-оригами, Ян и его сотрудники неустанно трудились, черпая вдохновение в природе, стремясь решить сложные человеческие проблемы.
«В этом текущем исследовании мы разработали универсальную стратегию« мета-ДНК »(М-ДНК), которая позволила структурам ДНК различных субмикрометрических и микрометровых размеров самособираться аналогично тому, как простые короткие нити ДНК самоорганизуются в наноразмерный уровень «, – сказал Ян.
Группа продемонстрировала, что наноструктура оригами ДНК из 6 спиралей в субмикрометровом масштабе (мета-ДНК) может быть использована в качестве увеличенного аналога одноцепочечной ДНК (оцДНК), и что две мета-ДНК, содержащие комплементарные «мета-ДНК». пары оснований «могли образовывать двойные спирали с запрограммированной направленностью и шагом спирали.
Используя строительные блоки мета-ДНК, они построили серию архитектур ДНК в масштабе от микрометра до микрометра, включая мета-многорукавные соединения, 3D-многогранники и различные 2D / 3D-решетки. Они также продемонстрировали иерархическую реакцию смещения цепи на мета-ДНК для передачи динамических характеристик ДНК мета-ДНК.
С помощью доцента Петра Сульца (SMS) они использовали крупнозернистую вычислительную модель ДНК для моделирования двухцепочечной структуры М-ДНК и понимания различных выходов левовращающих и правосторонних структур, которые были получены.
Кроме того, просто изменив локальную гибкость отдельной М-ДНК и их взаимодействия, они смогли построить серию субмикронных или микронных структур ДНК от 1D до 3D с широким разнообразием геометрических форм, включая мета-формы. переходы, мета-двойные кроссоверные плитки (M-DX), тетраэдры, октаэдры, призмы и шесть типов плотно упакованных решеток.
В будущем более сложные схемы, молекулярные двигатели и наноустройства могут быть рационально разработаны с использованием M-ДНК и использоваться в приложениях, связанных с биосенсором и молекулярными вычислениями. Это исследование сделает создание динамических структур ДНК микронного размера, которые можно реконфигурировать при стимуляции, значительно более осуществимым.
Авторы ожидают, что внедрение этой стратегии M-ДНК превратит нанотехнологию ДНК из нанометров в микроскопические масштабы. Это создаст ряд сложных статических и динамических структур в субмикронном и микронном масштабе, что позволит использовать множество новых приложений.
Например, эти структуры могут использоваться в качестве каркаса для формирования сложных функциональных компонентов, которые больше и сложнее, чем считалось возможным ранее. Это открытие может также привести к более изощренному и сложному поведению, которое имитирует клетки или клеточные компоненты с комбинацией различных реакций иерархического смещения цепи на основе M-ДНК.
