Компьютерные модели самые сложные 3D формы ДНК

модель

Новая компьютерная модель, позволяющая биологическим инженерам проектировать самое сложное3D структуры ДНК, когда-либо сделанные, берут 3D оригами ДНК к новому уровню.успех мог помочь ученым исследовать некоторые самые крошечные процессы биологии — такой какфотохимический синтез. Это могло также помочь создать новые типы препаратов или методов лечения РНК -появляющаяся граница персонализированного лечения для болезней как рак.

Компьютерная модель позволяет биопрепаратинженеры, чтобы осуществить контроль масштаба миллимикрона, чтобы построить сложные 3D формы ДНК.Изображениекредиты: Верхний ряд — Ставрос Гэйтэнэрос (MIT) и Фэй Чжан (штат Аризона

Университет); Нижний ряд — Кеяо Пэн (MIT) и Коммуникации ПриродыВ журнале Nature Communications, команде исследователей, включаяучастники от Массачусетского технологического института (MIT), опишите, как они проектироваликомпьютерная модель и используемый это создает тщательно продуманные 3D формы ДНК, включая кольца, миски иикосаэдры, имеющие структуры, подобные вирусам.Поскольку ученые поправляются и лучше при исследовании и управлении вопросом в масштабеотдельные атомы и в пределах молекул — области нанотехнологий — поэтому растутвозможности для биологических инженеров использовать ДНК в качестве наноразмерного строительного материала.ДНК стабильна, и ученые могут легко программировать ее путем изменения последовательностистандартные блоки.

Но функция ДНК полагается не только на последовательности ее химикатаподгруппы, но также и на его форме. Так, приблизительно 10 лет назад ученые начали управлятьДНК в двух размерах — и дала начало термину «ДНК оригами».

2D формы ДНК были сделаны обязательными «основными берегами» к «лесам ДНК». Позже,ученые объединили этот метод с нанотехнологиями и начали работать с 3D оригами ДНК. Это привело к предположениям что 3D ДНКнаноструктуры могли однажды использоваться, чтобы поставить препараты, действовать как биодатчики, выполнитьискусственный фотохимический синтез и больше.Чем более сложный структура, которая может быть разработана, тем более многообещающий диапазонзаявления, которые предлагает технология.

С этой последней моделью, например, ведомым MITкоманда полагает, что исследователи будут в состоянии построить леса ДНК тот якорные множествабелки, чтобы построить новые транспортные средства для методов лечения РНК и хромофоров или светочувствительныймолекулы, чтобы подражать фотохимическому синтезу завода.Новая модель использует ‘точный контроль масштаба миллимикрона’, чтобы сделать 3D формы ДНК

Ведущий автор Марк Бэйт, адъюнкт-профессор биотехники в MIT,объясняет шаг вперед, который их исследование представляет в области 3D ДНКоригами:«Общее представление состоит в том, чтобы пространственно организовать белки, хромофоры, РНК инаночастицы с точностью масштаба миллимикрона с помощью ДНК. Точный масштаб миллимикронаконтроль, который мы имеем над 3D архитектурой, — то, что централизованно уникально в этомподход."Продвижение к новой модели было медленным и кропотливым. В 2011, командаразвитый модель под названием CanDo, чтобы создать 3D формы ДНК — но это могло только сделать aограниченный диапазон на основе прямоугольных или шестиугольных упакованных завершением решеток связок ДНК.

Эта последняя версия использует новый алгоритм, помогающий команде создать намного более сложныйструктуры, чем были ранее возможны. Это может взять последовательности лесов ДНК иосновные берега и предсказывают 3D структуру фактически любой запрограммированной ДНКпоследовательности.

Профессор Бэйт говорит предсказание, что 3D структура в модели «является главной в разнообразномфункциональные заявления, которые мы преследуем, с тех пор в конечном счете, это — дающая 3D структураподнимитесь до функции, не одной только последовательности ДНК."Модель разрезает последовательности ДНК в ‘многоканальные соединения’Новая модель работает путем сокращения последовательностей ДНК в подгруппы, названные «многоканальные соединения»- существенные стандартные блоки запрограммированных наноструктур ДНК, подобных тем, которые формируютсяестественно во время репликации ДНК.

Многоканальные соединения — то, что позволяет нитям ДНК пересекатьсяи свяжите с берегом смежного завитка ДНК, когда они раскрутят и сформируют новые пары во времяповторное исследование.Компьютерная модель тогда повторно собирает разрезанную ДНК в больший, запрограммированный, наноразмерныйформы, такие как кольца, диски и сферические контейнеры.

Перепрограммирование последовательностейэти компоненты позволяют проектировщикам оригами ДНК легко создавать сложную архитектуру,включая симметрические гильзы, сформированные как четырехгранники, октаэдры и додекаэдры.Профессор Бэйт объясняет, что 3D формы ДНК являются просто «пассивными лесами».

Ихфункция прибывает из других молекул, которые могут быть присоединены к ним и обеспечить диапазониз заявлений.Один пример команда продолжает работать, пытается подражать белковой структуре лесовэто позволяет жить растительные клетки, чтобы выполнить фотохимический синтез.

Белковые леса более твердыинженеру в наноразмерные блоки — таким образом, 3D метод оригами ДНК обеспечивает полезноеальтернатива. Ученые могут приложить хромофоры к лесам ДНК вместо этого, чтобы ксоздайте ключевые структуры для фотохимического синтеза.Видео от MIT ниже далее объясняет, как новая модель работает:

Леса ДНК могут нести препараты в клетки, ‘не выделяя тревоги’Другие заявления также возможны — такие как леса, позволяющие ученымподражательные бактериальные токсины, таким образом, они могут создать версии, которые нетоксичны, который они могут использоватьпоставить методы лечения РНК непосредственно в клетки.Используя леса ДНК, чтобы нести терапию как микроРНК, МРНК и лекарства от рака, этовозможный войти в клетки, не выделяя много тревог или ухудшая клеткумашинное оборудование, объясняет профессор Бэйт.

Команда планирует сделать их алгоритм общедоступным, таким образом, другие проектировщики ДНК могутиспользуйте его. Они сначала хотят улучшить модель, таким образом, проектировщики могут просто дать ей определенноесформируйте и получите последовательность, которая произведет ту форму.Такое улучшение позволило бы истинному масштабу миллимикрона 3D печать, где «чернила»синтетическая ДНК, заявляет команда.

Фонды для исследования прибыли из Офиса Военно-морского Исследования и Национальной НаукиФонд.


Добавить комментарий