DNA汽车

DNA纳米技术不断上升的人气,艾玛·戴维斯探索化学所起的作用在它的成功

作为超分子化学,她发现自己强烈吸引到人造DNA结构。我们认为的DNA是最可编程结构。我想——如果它是让我试着把它融入到常规的超分子结构,”加拿大蒙特利尔麦吉尔大学教授说。她没有回头。对DNA结构的真正美丽的是,你可以控制每一个方面,”她声称。

Sleiman之一,越来越多的化学家已经转向DNA纳米技术。一些把希望寄托在纳电子学或药使用DNA,而另一些则兴奋其潜力作为分析工具。

单股DNA相互绑定(杂交)基地时,胞嘧啶,鸟嘌呤(c g)和腺嘌呤和胸腺嘧啶(t)夫妇通过氢键和良好的几何匹配。一条DNA链的事实只会绑定到另一个使用正确的碱基序列为研究人员提供了令人难以置信的结构控制。与此同时,完全自动化的DNA合成器意味着DNA序列很容易构建。

Paul Rothemund 2006年计算在加州理工学院的生物工程师在美国发表了一篇论文描述一个非常简单的方法创建精彩的图案模板使用DNA链,创造了“DNA折纸”这个词。长,单股DNA形成一个模板,数以百计的短DNA“主食”股团结模板,迫使它——像折纸折叠成一系列平行线内所需的形状轮廓。DNA部分可以买商业和建筑是在室温下完成的。物理学家安德鲁·Turberfield专注于DNA纳米技术牛津大学,英国称这项技术是引发“DNA自组装的一个小革命”。

“DNA折纸确实有效,”齐美尔同意弗里德里希,慕尼黑工业大学的生物物理学家在德国。“什么是惊人的和令人兴奋的对许多人来说,当你把DNA序列在实验室的折纸作品几乎立即。2011年Rothemund报道一个方法来延长DNA结构的大小可以由开槽的一系列折纸瓷砖使用碱基对叠加g c和c g碱基对之间的边缘。

超超分子

而麦吉尔的Sleiman Rothemund最初的折纸描绘成一个“美丽的发现”,她对DNA结构建筑采用不同的方法。她的团队已经添加了一个化学倾斜,建立3 d DNA结构与合成分子作为关键部件。我们使用了大量的合成分子DNA嵌入。你有更多的功能,更多样的结构,如果你把所有的工具的化学成DNA,”她说。添加合成分子奖金,它减少了所需的DNA。DNA不是廉价购买;折纸可以建造成本几百英镑。

“我们可以做任何我们想要的棱镜的形状,“Sleiman说。'你可以在几分钟内组装这些移动笼子在室温下以100%的收益率。多边形是由单链DNA,每个DNA构建块包含一个六碳长烷基间隔的减少静电和空间拥挤。

也使DNA含有过渡金属笼子。我一直感兴趣的是如何组织与DNA金属,因为可以使催化工厂或传感器或你可以人工光合作用系统,”她说。像metallo-supramolecular笼子,金属metal-DNA笼子可以用于氧化还原、光化学、磁性和催化控制客人分子锁在里面。

然而,让这些笼子里是很棘手的。许多金属随机结合DNA,在某些情况下甚至裂开。关键是要找到合适的配体结构。2009年Sleiman报道使用DNA笼子与配体的每个顶点作为过渡金属的口袋。

她的小组也使DNA纳米管分子包含客人一个DNA链稍长的比其余的结构。引进新的DNA链——“橡皮擦”链——完全补充这些长链皮他们远离碳纳米管,使客人分子。

体内的细胞内,在癌细胞,匹配的mRNA理论上可以触发纳米管释放药物货物而不匹配的序列将离开货物设计陷害了。或碳纳米管可以作为信使rna传感器。”不过的一大障碍DNA治疗领域的DNA分子的不进入细胞或如果它,它只是在一定程度上,“Sleiman解释道。她表明,玩DNA结构的形状可能会打开一个通道进入细胞。

Sleiman不能透露太多关于她的小组的工作将进入细胞的DNA结构,这是尚未发表。我想说的是,她兴奋的结果。

Turberfield在这方面也取得了一些成就。在2011年,他的团队能够治疗人类肾脏细胞荧光标记的DNA四面体。笼子途径进入细胞的细胞质,剩余明显完好无损的至少两天。这是第一步的使用工程DNA纳米结构提供和控制细胞内货物的活动,”他说。

单分子

与此同时,Rothemun折纸有一个巨大的和越来越多的应用程序,从董事会建立纳电子学的分析工具。库尔特Gothelf中心主任DNA纳米技术在丹麦奥尔胡斯大学。他的研究小组一直在研究单分子化学反应在DNA折纸和监测使用原子力显微镜(AFM)。“DNA折纸给你一个独特的单分子研究平台和研究的距离依赖化学和生化现象,”他说。

Gothelf的团队已经使用折纸来研究单线态氧的化学(¹O₂),参与细胞死亡和许多其他生物过程,却了解甚少。研究人员将一个photosensitiser分子(当辐照产生单线态氧)的短链DNA折纸的中心。还拴在折纸表面的DNA链的部分由单线态氧容易裂。在这些小分子生物素链。辐照后很短的时间内,细菌蛋白质链霉亲和素补充道。链霉亲和素生物素有极高的亲和力,因此高度本身主要的生物素链所触及的氧气。链霉亲和素可以使用AFM视觉效果,这意味着研究人员可以看到完整的短链,因此知道裂解。这种技术可以让单线态氧的毁灭的证据显然是追踪。

Gothelf也希望使大分子之间的化学反应官能团在固定位置在折纸。想法是,化学选择性是由分子的位置和姿态的DNA支架而不必使用一系列保护组。

不需要帮助

DNA nanodevices运行本身没有外部控制持有一个明显的呼吁研究人员,特别是那些希望有一天来创建一个人工合成的活细胞。”是不切实际的分子马达和操作从外面——你需要自主运动,”慕尼黑齐美尔的解释道。他一直致力于推动DNA nanodevices自主通过耦合到一个复杂的生化过程与转录相关。系统是基于两个RNA酶用于生产和退化,相互影响相互激活和抑制,创建一种振荡“分子钟”。时钟已被用于控制各种生物分子过程包括DNA镊子。

研究人员还把这些复杂的系统到micrometre-sized滴看到什么影响大小限制。我们预计遗传学的变化在这些小隔间的有限大小和可能是因为大分子拥挤,“齐美尔说。

蜘蛛有意义

DNA折纸也为新一代的基本分子机器人铺平了道路——分子可以旅行。2010年,一群美国科学家曾做了一个“分子蜘蛛”沿着轨道的单链DNA折纸面锥形。三个腿是由酶DNA结合和削减的DNA链折纸。当一条腿变得自由,切割之后,它探讨了折纸表面找到绑定到另一个DNA链。通过重复这个绑定和切削过程,机器人跟踪后大约50个步骤。

郝燕,蜘蛛团队来自亚利桑那大学的我们,表明它有可能为一只蜘蛛拿起一路上反应物和反应在特定地点“分子工厂”。“当然,使微量的化学物质可能不是实际的应用程序,”他补充道。他可以想像蜘蛛沿着细胞膜表面和不同的受体相互作用,可能是一种疾病治疗。

牛津大学Turberfield也在研究分子系统将执行一系列反应自主控制序列的。日本京都大学的研究人员,Hiroshi Sugiyama为首,他的团队建立了一个100 nm长DNA追踪和观看DNA电动机使用实时AFM沿着它。添加多个“工作站”沿着轨道可能导致“分子组装线”。

这样的生产线是受细胞中核糖体的方式使肽沿着信使rna产生相应的氨基酸链。DNA追踪mRNA的将有效地做这项工作。

电子产品

以及,尤金在南安普顿大学的一个化学家,英国,正在研究的电子性质包含人工碱基的DNA。他“误用”碱基的DNA平台通过附加不同的功能和建设成DNA。与他们的光电子特性,卟啉的电影。以及的团队已经将分子DNA双螺旋的两条链。卟啉是高度疏水性和栈。当两个DNA链一起卟啉的行为像一个拉链,形成一个稳定的安排,”他解释说。他的团队正在关注的电子属性结构。我们要看到porphyrin-DNA是否可以作为电子电线,”他说。

现在,人们可以看到美丽的结构可以使更多的人进入这个领域,“齐美尔说。“很多人觉得潜力。”

Ned Seeman,建立DNA纳米技术领域的30年前,近期指数增长感到高兴。“20年来我们是唯一实验室做这个。在过去的十年里许多实验室已经加入我们。我们不再需要所有的想法和我们不再犯的所有错误,”他的笑话。都很有趣和很满意和奖励看到很多人把他们自己的特殊领域倾斜。

艾玛·戴维斯是一个基于科学作家在主教的Stortford,英国