Wissenschaftler an der Arizona State University Biodesign Institute haben die weltweit erste Gen-Erkennung Plattform besteht vollständig aus monomolekularen DNA Nanostrukturen entwickelt.
Die Ergebnisse erscheinen in der Januar-Ausgabe der Zeitschrift Science, könnte große Auswirkungen auf die gen-Chip-Technologie und können auch revolutionieren die Art und Weise in der Genexpression in einer einzelnen Zelle analysiert wird.
"Wir beginnen mit der bekanntesten Struktur in Biologie, DNA und Schemenzuweisung als Baumaterial Nano-Maßstab," sagte Hao Yan, ein Mitglied des Instituts Center für Single Molecule Biophysik und Assistant Professor für Chemie und Biochemie in der College von Liberalen und Wissenschaften.
Yan ist ein Forscher auf dem Gebiet der schnelllebigen bekannt als strukturelle DNA Nanotechnologie — assembliert, die das Molekül des Lebens in einer Vielzahl von Nanostrukturen mit einer breiten Palette von Anwendungen aus der menschlichen Gesundheit zur Nanoelektronik.
Yan führte ein interdisziplinäres Team von ASU, einen Weg, um strukturelle DNA Nanotechnologie verwenden, um die chemische Botenstoffe von Genen, genannt RNA zu entwickeln.
Das Team enthalten: Blei Autor und Chemie und Biochemie graduierter Studierender Yonggang Ke; Assistant Professor für Chemie und Biochemie Yan Liu; Zentrum für Single Molecule Biophysik Direktor und Professor für Physik Stuart Lindsay; und außerordentlicher Professor in der Fakultät für Lebenswissenschaften, Yung Chang.
"Dies ist eine der ersten praktischen Anwendungen der eine leistungsstarke Technologie, die bis jetzt vor allem das Thema Forschung Demonstrationen wurde," sagte Lindsay. "Der strukturellen DNA Nanotechnologie vor kurzem gesehen hat, dass viel spannende Weiterentwicklungen aus konstruieren geometrische und topologische Nanostrukturen durch Fliese DNA Selbstmontage zunächst gezeigt von Ned Seeman, Erik Winfree und Kollegen, auf der Grundlage", sagte Yan.
Eine jüngste machen räumlich adressierbare DNA Nanoarrays Durchbruch von Paul Rothemund Arbeit auf scaffolded DNA Origami, eine Methode in dem langen, einzeln-angeschwemmte virale DNA lesku gefaltet und geheftet werden durch eine Vielzahl von kurzen synthetischen "Helfer-Stränge" in Nanostrukturen, die komplexe Muster angezeigt.
"Aber das Potenzial der Strukturfonds DNA Nanotechnologie in biologische Anwendungen unterschätzt worden, und betrachten wir den Prozess der DNA Selbstmontage, Sie werden erstaunt, dass Billionen von DNA Nanostrukturen können gleichzeitig in einer Lösung von einige Mikroliter bilden, und sie sehr wichtig ist, biokompatibel sind und Wasser löslich," sagte Yan.
DNA-Chips und Microarray-Technologie sind ein Multi-Milliarden-Dollar-Industrie geworden, wie Wissenschaftler es verwenden, um Tausenden Genen gleichzeitig für Mutationen oder Aufdeckung Hinweise auf Krankheit zu untersuchen. Jedoch, weil DNA-Sonden, die feste Oberfläche der Microarray Chips festgehalten werden, ist es relativ langsamen Prozess für die Ziele zu suchen und finden die Sonden. Außerdem ist es schwer zu steuern, die Abstände zwischen die Sonden mit Nanometer-Präzision.
"In dieser Arbeit, wir ein wasserlösliches Nanoarray, das Nutzen der DNA selbstorganisierende Prozess und auch haben Vorteile, die die makroskopischen DNA Mikrochip Arrays nicht verfügen, können entwickelt", sagte Yan. "Die Arrays selbst sind Reagenzien, anstelle von festen Oberfläche Chips."
Um die DNA Origami RNA Sonden zu machen, hat Yan ausgenutzt die grundlegende DNA Paarung Regeln in die DNA chemische Alphabet ("A" kann nur Form ein Reißverschluss-wie chemische Bindung mit "T" und "G" nur mit "C"). Steuern Sie die genaue Position und Lage der chemischen Grundlagen innerhalb eines synthetischen Replikats von DNA, programmiert Yan einen einzigen gestrandeten genomischen DNA, M13, in Nanotiles die Sonden für spezifisches Gen-Ausdruck-Ziele enthalten.