DNA折纸让它大

一批大型、复杂对象雕刻的DNA已经被三个独立的研究小组公布,扩大范围的nanometre-scale DNA自组装结构。组由加州理工学院(加州理工学院)露露钱,哈佛大学的彭殷慕尼黑,慕尼黑工业大学(图)•迪茨每个发达互补的方法。

肖恩·道格拉斯从加州大学,旧金山,没有参与这些研究,强调,现在最大的DNA结构重量数十亿道尔顿,并且比最大的重一千倍是十年前。管迪茨的团队结构也可以到1000纳米长,十倍以前最大的DNA结构。

迪茨的团队也设计了一个方法生产的DNA链€23每毫克(£20),不到三分之一的当前成本。他们说,这个数字可能会减少到€0.18毫克。在技术开发,每当你看到一个方法的权力增加的因素再加上10的降低成本的因素,它通常预示着一些令人兴奋的应用程序在地平线上,”道格拉斯说。

值得注意的是、DNA建设已经至少26岁时,从纽约大学Ned Seeman发表了他的集团的立方体从1991年的10个DNA链的装配。这些年来,研究人员已经逐步构建DNA更大、更复杂的对象,并使用他们计算和机械功能。一个关键基础技术,称为DNA折纸,依靠迫使一个长支架DNA链成所需的形状使用几十个其他的,短,短链。

迪茨说,然而,该领域已经有点“停滞不前”的应用程序。“最…解决在基础科学领域和一般操作的规模微克或更少,”他说。但是他补充说,学习建立更大、更复杂的结构可以帮助解决这个问题。

升级自组装

迪茨的团队灵感来源于病毒,其外层包含几个类型的蛋白质亚基封闭成固定形状。他们探索DNA折纸子单元是否可能做同样的事情,尝试不同的设计和研究它们的属性使用低温电子显微镜。他们发现,这些一级单元需要精确的形状和形式是刚性的成功在第二和第三层自组装。

子单元需要承受碰撞从溶液分子——面临着有一定的相对角度,如果他们永远不会波动太大形成一个封闭的对象,”迪茨解释说。他们也不应该束缚太紧,因为他们会陷入部分形成的状态。如果我们有足够弱相互作用单元也可以联系但分离。如果你有一些错误困子单元他们再次脱落。

现在可以想象来创建更复杂的人造分子机器大小类似于一种细菌

露露钱

慕尼黑你团队的最终设计使用v型一级DNA折纸子单元,连接成第二级直径350纳米环或“被动的顶点”。¹根据其形状,被动的顶点可以互相连接和关闭到第三层virus-sized笼子四面体,六面体的或十二面体的。最大的重达12亿道尔顿,包含220个DNA折纸单位。同样,戒指可以链接到第三层,1000 nanometre-long管。

虽然你慕尼黑的方法意味着所有组件必须对称,加州理工学院团队的多级组装方法创建自定义设计。他们生产二维图像从一个拼图的64个DNA折纸瓷砖,达到8704像素和700纳米宽。²一旦我们有合成每个瓷砖,我们每一个为自己的共有64个试管管,”解释钱的研究生菲利普·彼得森。首先,我们把某些管的内容结合在一起16 2乘2的平方。然后那些以某种方式结合,得到四个管造广场,最后四管结合创造一个大,8平方64瓷砖组成的。我们设计每个瓷砖的边缘,这样我们知道如何结合。

钱的团队调用这个方法分形组装,比较它分形对象特性重复在不同的尺度上。betway必威游戏下载大全重复设计原则在不同级别允许他们使用相同的小的DNA链增加大小的建筑结构,与任何可能的模式。与分形组装,现在可以想象创建更加复杂的人造分子机器大小与细菌相似,“钱告诉必威体育 红利账户。

选择和组合砖

与加州理工学院和TU慕尼黑球队,彭殷哈佛集团不使用DNA折纸。相反,他的团队构建其2012年的DNA砖的工作混合100个人32基地在一个锅,形成实心立方体的长链DNA。每一根都是独一无二的,有四个不同的eight-base识别领域,弯成u形,联锁在特定位置在其他四个链。“四只知道如何绑定到每个组件本地邻居,“阴解释道。通过省略某些链从这些数据集,他们离开差距,形成二维图像和小三维物体。

阴的团队想要更大的三维形状与空腔中间。经过数年的使用时间,52-base股四个13-base识别领域,他们能够形成这样的对象使用20000独特的链。³最后的立方体衡量两边100纳米,重达十亿道尔顿。

阴想象相结合的基本原则在每个组的方法。我希望我们可以让更大的和更复杂的对象比我们展示在这里,已经演示了一个倍增加复杂性,“他说。也许另一个10倍和倍容量增加可能是在地平线上。”

迪茨指出,对于许多实验室,生产链在这样大量可能会非常昂贵。尽量的减少成本,他的团队招募了大肠杆菌细菌使数以百计的DNA与DNA的酶可以释放他们在一个巨大的循环。⁴他们可以通过感染大肠杆菌随着工程噬菌体病毒,其中包括循环的蓝图。细菌生长和提取DNA循环后,添加锌激活酶和释放主食。

这些令人印象深刻的里程碑只是一个开始

肖恩·道格拉斯

虽然团队只做在一个两升实验室规模的反应堆,迪茨说,这个过程应该扩展到成千上万的升,这应该使探索DNA纳米结构的功能实际在药物输送等新的应用程序。迪茨强调,有很多未知的科学领域,因为生产成本的大量的DNA。你可以开始为动物研究,是否我们可以把定制的DNA对象治疗用途,”他说。数量是一个非常大的瓶颈。”

Elisa佛朗哥加州大学河滨分校的调用文件“DNA纳米技术领域的令人印象深刻的成果”。然而,她也希望看到改善折叠速度,因为尽管这些论文不要说需要多长时间,形成最终的结构,它常常需要数天。

道格拉斯认为有更多的挑战需要解决,特别是如果这种结构集成到应用程序(如DNA纳米机器人他在工作。这些令人印象深刻的里程碑可能给人的印象,主要的挑战是解决了,但他们只是刚刚开始,”他说。我想象计算机先驱感到同样当他们终于晶体管工作足以让戈登·摩尔情节他著名的推断。”

更正:2017年12月8日的DNA结构的单位是纠正