211service.com
Nanokonstrukce se zakřivenou DNA
Nanotechnologie DNA využívá jedinečné fyzikální vlastnosti molekul DNA k navrhování a vytváření struktur v nanoměřítku s nadějí, že jednoho dne vytvoří malé stroje, které spolupracují stejně jako části buňky. Ale jednou z výzev tohoto oboru je najít způsoby, jak navrhnout a zkonstruovat struktury DNA s vysokou přesností. Nedávná studie zveřejněná v Věda znamená průlom ve schopnosti výzkumníků tvarovat DNA; popisuje způsob, jak vytvořit trojrozměrné tvary DNA s propracovanými zákrutami a křivkami s nebývalou přesností, vyvinutý vědci z Harvardu a Technické univerzity v Mnichově v Německu.
Pevným podvozkem: Nová metoda navrhování trojrozměrných tvarů z DNA umožňuje vytvářet zakřivené díly, včetně tohoto ozubeného kola v nanoměřítku s dvanácti zuby.
Hao Yan , profesor biochemie na Arizonské státní univerzitě, který se studie nezúčastnil, říká, že práce přidává klíčovou úroveň kontroly nad předchozími metodami. Myslím, že můžeme říci, že je možné vytvořit jakýkoli druh architektury pomocí DNA, říká.
Klíčovou výhodou použití DNA jako konstrukčního materiálu je to, že je programovatelná. Molekuly DNA se skládají z řetězců spojených nukleotidových bází čtyř typů: A, T, G a C. Tyto báze přilnou k bázím na jiném řetězci DNA podle jednoduchého pravidla: A se spáruje s T a C se spáruje s G. Vytvořením DNA sekvence s komplementárními bázemi na různých vláknech, je tedy možné navrhnout molekuly DNA, které se samy sestaví do určitých tvarů podle předvídatelných pravidel.
Předchozí práce používaly metodu nazývanou DNA origami k navrhování dvourozměrných tvarů z DNA; další studie stavěly na tomto přístupu k vytváření tvarů ve třech rozměrech. DNA origami používá jeden velmi dlouhý řetězec DNA, nazývaný lešení, a stovky kratších řetězců, nazývaných svorky. Svorky se vážou na lešení na určitých místech na základě jejich sekvence, sevřou lešení a nutí ho, aby se mnohonásobně zdvojnásobilo, aby vytvořilo list určitého tvaru.
The Věda studie rozšiřuje práci stejného týmu výzkumníků a přizpůsobuje metodu DNA origami k vytvoření složitějších trojrozměrných tvarů. Dříve tým navrhoval DNA tak, aby tvořila šroubovice svázané zesíťovanými střižovými vlákny v mřížce podobné voštině. V současné studii vědci zavedli ohyby a zkroucení do těchto tvarů přidáním nebo odstraněním základen v určitých bodech lešení, čímž se změnily místní síly, které na sebe šroubovice působí, a celá struktura se zakřivila doprava nebo doleva. Zjistili, že dokážou řídit stupeň zakřivení s velkou přesností a dosahovat ostrých ohybů podobných těm, které má těsně navinutá DNA nalezená v buňkách.
Výzkumníci vytvořili objekty včetně ozubených kol v nanoměřítku, drátěného pouzdra ve tvaru plážového míče a trojúhelníků s konkávními nebo konvexními stranami. Shawn Douglas , spoluautor na Harvardské univerzitě, vyvinul veřejně dostupný počítačově podporovaný designový program, který může sloužit jako vizuální rozhraní pro navrhování tvarů DNA.
Ohýbatelné molekuly: Svazek šroubovic DNA (horní řada) lze ohnout v přesných úhlech (ostatní řady) zavedením nebo odstraněním párů bází v sekvenci DNA.
William Shih , spoluautor studie a odborný asistent biologické chemie a molekulární farmakologie Harvard Medical School, říká, že schopnost vytvářet zakřivené struktury přidává důležitý prvek do sady nástrojů nanovědy DNA. Poukazuje na to, že objekty jako prstence, pružiny a ozubená kola jsou důležité pro stroje v makroměřítku, zatímco buňky také obsahují prvky se zakřivenými částmi, což naznačuje, že tyto vlastnosti jsou důležité v nanoměřítku. Pokud bychom neměli tuto obecnou stavební schopnost, byli bychom handicapovaní v naší schopnosti stavět užitečná zařízení, říká.
Chengde Mao , docent analytické chemie na Purdue University, nazývá úspěch překvapivým a říká, že jeho vlastní laboratoř se pokusila vytvořit podobné struktury a selhala. Říká nejen, že práce ukazuje, že DNA lze zkroutit a ohnout do extrémních stupňů, ale že jednou z pěkných věcí je, že je to opravdu hladká křivka, zatímco jiné pokusy vedly k tvarům, které jsou pixilované.
Praktické aplikace této techniky jsou stále nejasné, ale existuje mnoho možností. Vzhledem k tomu, že tvary DNA popsané v Věda papír má velikost průměrného viru, Shih říká, že by možná mohl být navržen tak, aby vstoupil do buňky jako virus, aby uvolnil lék. Části DNA mohou být také použity k návrhu molekulární elektroniky, která by jednoho dne mohla nabídnout novou úroveň miniaturizace pro rychlejší počítače.
Yan říká, že studie přidává k působivým schopnostem DNA, ale dodává, že vědci musí tyto struktury dále studovat, aby zjistili, jak jsou stabilní a jak dobře drží v průběhu času.