Che cosa sono DNA Nanomachines?

Può la specificità di DNA essere sfruttata?

Il DNA ha specificità molto alta, di modo che una sequenza particolare del DNA legherà sempre alla sua sequenza complementare del DNA. Ciò può, quindi, essere usata per progettare i nanomachines con l'alta specificità usando le sequenze specifiche del DNA. È anche possibile da creare si dirama una doppia elica del DNA, che permette di creare le strutture 3D.

Può essere considerato che alcuni trattamenti biologici siano determinati dai commputer biologici ed i ricercatori hanno cercato di utilizzare i commputer naturali come la base dei commputer molecolari che possono potenzialmente connettere il mondo molecolare al mondo macroscopico.

I due anelli sono collegati come una catena e possono essere riconosciuti bene. Al centro cNel 2019, i ricercatori hanno costruito un veicolo un-a ruote dagli anelli del DNA. I due anelli sono collegati come una catena e possono essere riconosciuti bene. Al centro è il RNA polimerasi T7. Credito di immagine: Julian Valero, l'università di Bonn.

Nanomachines del DNA?

Poiché è possibile modellare precisamente il DNA, è fattibile da posizionare un gruppo funzionale in una posizione precisa; per esempio, questo è stato fatto per creare i circuiti elettronici molecolari, le unità ottiche del quasi-campo e le reti degli enzimi. Così, è possibile fare i nanomachines biologici basati intorno a DNA?

Il DNA non è la scelta ovvia per i nanomachines biologici. Le più grandi strutture come le proteine possono effettuare le reazioni catalitiche ed il RNA ha la capacità di formare le obbligazioni deboli e così le strutture secondarie, che a loro volta possono stabilizzare le strutture. Tuttavia, il DNA presenta un vantaggio che la sua struttura è semplice, quindi è facile da gestire come il nanomachine è montato.

Tipi di nanomachines del DNA

Opzioni molecolari

Ciò è il più semplice dei nanomachines del DNA, che alternano fra due stati secondo i cambiamenti nel suo ambiente, o segnalando.

Il movimento rotazionale può essere prodotto da DNA cambiando come il filo del DNA torce. I nucleotidi di CG all'interno di DNA possono essere lanciati fra il B-modulo “di mano destra„ e il Z-modulo “sinistro„. La bassa temperatura e l'alta concentrazione nel sale possono indurre questa opzione. Un nanomachine iniziale del DNA ha usato questo meccanismo per cambiare l'angolo fra due DNA “mattonelle„.

Il moto lineare può anche essere fatto utilizzando come il DNA torce; Yang e co. ha creato un nanomacine del DNA fatto di un ciclo chiuso del DNA fissato alle armi di una giunzione di festa, che è una struttura del quattro-braccio che contiene le sequenze identiche del DNA alle armi opposte. I cambiamenti nell'isomerizzazione fra le coppie di basi di corrispondenza, rompendosi su un lato e poi riformando d'altro canto, possono permettere che questa giunzione di festa migri.

Nello studio da Yang e dal co., il bromuro di etidio intercalante della tintura è stato usato per cambiare la conformazione del ciclo del DNA. Ciò induce il filo del DNA ad allungare e parzialmente svolgersi. La migrazione alla giunzione di festa ha alleviato lo sforzo causato dal cambiamento conformazionale causato dal bromuro di etidio.

C'è egualmente la possibilità di per mezzo di queste unità per riferire sui cambiamenti nell'ambiente; per esempio, il cambiamento conformazionale può essere avviato dai cambiamenti nel pH. In questo scenario cambia nel pH potrebbe provocare il legame di un DNA unico incagliato ad una doppia elica del DNA, con conseguente elica tripla. C'è una possibilità che, in futuro, usando una combinazione di questi sensori potrebbe essere possibile creare un delivery system astuto della droga.

Camminatori cronometrati

Il abvoce descritto nanomachines del DNA è stato basato su un cambiamento conformazionale, ma che cosa potrebbe essere raggiunto se i cambiamenti conformazionali multipli fossero possibili? Un esempio semplice consiste di tre ancore unico incagliate del DNA con un'impalcatura di DNA a doppia elica.

Ciascuna di queste ancore ha sequenze uniche del DNA, che possono fungere da “gestisce„ e quando l'attaccatura specifica delle sequenze di DNA all'impalcatura questo può indurre un cambiamento conformazionale a raddrizzare un'ancora specifica. Ciò può poi provocare un movimento direzionale lungo un cingolo lineare.

Motori molecolari

I motori molecolari già esistono, quale miosina e questo energia di uso generata tramite idrolisi del trifosfato di adenosina come potenza. Ciò è stata l'inspirazione dietro la prova di creare i motori molecolari basati su DNA; per esempio, l'energia generata rompendo le obbligazioni di phosphodiester della spina dorsale del DNA può potenzialmente essere usata come potenza per i motori molecolari.

Un esempio di un nanomachine del DNA

MA e co. ha studiato l'uso di un nanomachine del DNA che può funzionare in una cella. Questo nanomachine del DNA è alimentato dal trifosfato di adenosina. Le componenti del nanomachine del DNA sono state montate su una nanoparticella dell'oro.

Un braccio forcella-bloccato del basculaggio asse verticale si è aggiunto alla nanoparticella dell'oro e questo ha compreso “un inizio„. L'inizio è avviato da una molecola intracellulare dell'obiettivo, che induce il braccio del basculaggio asse verticale a muoversi. Un cingolo di DNA a doppia elica poi risponde al braccio mobile del basculaggio asse verticale. Gli autori egualmente hanno notato che questo può essere usato per prevedere il microRNA in celle viventi.

Sorgenti

Bagno, J. e Tuberfield, 2007) DNA Nanomachines di A.J (. Nanotecnologia https://www.nature.com/articles/nnano.2007.104 della natura

MA, P. - Q. e co. (2018) Un nanomachine altamente integrato del DNA che funziona in celle viventi alimentate da uno stimolo endogeno. Chem. Sci. https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2018/sc/c8sc00049b

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Last Updated: Dec 6, 2019

Dr. Maho Yokoyama

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Dr. Maho Yokoyama

Dr. Maho Yokoyama is a researcher and science writer. She was awarded her Ph.D. from the University of Bath, UK, following a thesis in the field of Microbiology, where she applied functional genomics to Staphylococcus aureus . During her doctoral studies, Maho collaborated with other academics on several papers and even published some of her own work in peer-reviewed scientific journals. She also presented her work at academic conferences around the world.

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