DNA折紙的新變化元DNA結構改變了DNA納米技術世界

由ASU和上海交通大學(SJTU)組成的科學家團隊，由ASU分子科學學院的Milton Glick教授，ASU生物設計研究所分子設計和仿生中心主任郝Ha帶領，剛剛宣布創建一種新型的元DNA結構，將打開光電子學(包括信息存儲和加密)以及合成生物學的領域。

這項研究今天發表在《自然化學》上—實際上，元DNA自組裝概念可能會徹底改變結構DNA納米技術的微觀世界。

眾所周知，Watson-Crick堿基對的可預測性質和DNA的結構特征已使DNA可用作設計復雜的納米級結構和設備的通用構件。

Yan解釋說：“ DNA技術的里程碑無疑是DNA折紙的發明，其中長的單鏈DNA(ssDNA)在數百條短的DNA短鏈的幫助下折疊成指定的形狀。” “然而，組裝更大(微米至毫米)大小的DNA結構一直是具有挑戰性的，直到最近，這種結構仍限制了DNA折紙的使用。” 新的微米級結構的長度相當于人類頭發的寬度，是原始DNA納米結構的1000倍。

自從2011年以其優雅的DNA折紙納米結構獲得《科學雜志》的封面以來，Yan和合作者一直不懈地努力，利用自然界的靈感，尋求解決復雜的人類問題。

“在當前的研究中，我們開發了一種通用的“元DNA”(M-DNA)策略，該策略允許以亞微米級到微米級大小的各種DNA結構自組裝，其方式類似于簡單的短DNA鏈在DNA上自組裝的方式。納米級。”

該小組證明，亞微米級的6螺旋束DNA折紙納米結構(meta-DNA)可以用作單鏈DNA(ssDNA)的放大類似物，并且兩個包含互補的“ meta-DNA”的meta-DNAs。堿基對”可以形成具有編程的旋律和螺距的雙螺旋。

他們使用meta-DNA構件構建了一系列亞微米到微米級的DNA體系結構，包括meta-multi-arm結，3-D多面體和各種2-D / 3-D晶格。他們還證明了在meta-DNA上發生的分層鏈置換反應，將DNA的動態特征轉移到meta-DNA。

在助理教授Petr Sulc(SMS)的幫助下，他們使用了DNA的粗粒度計算模型來模擬雙鏈M-DNA結構并了解獲得的左手和右手結構的不同產量。 。

此外，通過僅改變單個M-DNA的局部柔性及其相互作用，他們就能夠構建從一維到三維的一系列亞微米或微米級DNA結構，具有各種幾何形狀，包括元結，元雙交叉圖塊(M-DX)，四面體，八面體，棱柱和六種緊密堆積的晶格。

將來，可以使用M-DNA合理地設計更復雜的電路，分子電動機和納米器件，并將其用于與生物傳感和分子計算有關的應用中。這項研究將使創建動態微米級DNA結構(在刺激后可重新配置)的可行性大大提高。

作者預計，這種M-DNA策略的引入將使DNA納米技術從納米轉變為微觀規模。這將在亞微米和微米規模上創建一系列復雜的靜態和動態結構，從而使許多新應用成為可能。

例如，這些結構可以用作用于構圖比先前認為的更大和更復雜的復雜功能組件的支架。這一發現還可能導致更復雜和復雜的行為，這些行為模仿具有不同基于M-DNA的分層鏈置換反應的組合的細胞或細胞成分。