A nyílt forráskódú szoftver segítségével a kutatók nanoméretű lekerekített objektumokat hozhatnak létre DNS-ből

24. december 2022. (Nanowerk News) Csodálja meg a Duke Egyetem és az Arizona State University kutatólaboratóriumaiból felbukkanó apró nanoméretű struktúrákat, és könnyen elképzelhető, hogy a világ legkisebb kerámiáinak katalógusát böngészi. Egy új lap felfedi a csapatok alkotásait: apró vázák, tálak és üreges gömbök, egyiket a másikba rejtve, mint egy orosz fészkelő baba háztartási felszerelését. De ahelyett, hogy fából vagy agyagból készítették volna őket, a kutatók ezeket az objektumokat fonalszerű DNS-molekulákból tervezték, amelyeket nanométeres pontossággal meghajlítottak és összetett háromdimenziós tárgyakká hajtogattak. A nanoszerkezetek mindegyike nem nagyobb, mint egy vírus, olyan szoftver segítségével épült fel, amely lehetővé teszi a kutatóknak, hogy a DNS koncentrikus gyűrűiből objektumokat tervezzenek. Modellek (fent) és elektronmikroszkópos képek a tényleges objektumokról (lent). (Kép: Arizona State University) Ezek az alkotások bemutatják a Duke Ph.D. által kifejlesztett új nyílt forráskódú szoftver lehetőségeit. tanuló Dan Fu tanácsadójával, John Reiffel. Leírva a folyóiratban Tudomány előlegek („3D DNS origami automatizált tervezése nem raszterizált 2D görbülettel”), a szoftver lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy lekerekített formájú rajzokat vagy digitális modelleket készítsenek, és ezeket DNS-ből készült 3D-s szerkezetekké alakítsák. A DNS nanostruktúrákat Raghu Pradeep Narayanan és Abhay Prasad társszerzők állították össze és készítették el Hao Yan professzor Arizona állambeli laboratóriumában. Minden apró üreges tárgy átmérője legfeljebb két milliomod hüvelyk. Ebből több mint 50,000 1980 fért el egy gombostű fején. A kutatók azonban azt mondják, hogy ezek nem csupán nanoszobrok. A szoftver lehetővé teheti a kutatók számára, hogy apró konténereket hozzanak létre gyógyszerek szállítására, vagy formákat fém nanorészecskék öntésére, amelyek speciális alakúak a napelemek, az orvosi képalkotás és más alkalmazások számára. A legtöbb ember számára a DNS az élet terve; a genetikai utasítások minden élőlényhez, a pingvinektől a nyárfákig. De az olyan csapatok számára, mint Reif és Yan, a DNS több, mint genetikai információ hordozója – ez forráskód és építőanyag. A DNS genetikai kódjában négy „betű” vagy bázis található, amelyek sejtjeinkben előre látható módon párosulva alkotják a DNS-létra fokait. A DNS-nek ezeket a szigorú bázispárosító tulajdonságait – A-t T-vel, C-t G-vel – választották a kutatók. Azáltal, hogy meghatározott szekvenciákkal rendelkező DNS-szálakat terveznek, „beprogramozhatják” a szálakat, hogy különböző formákká rakják össze magukat. A módszer egy vagy néhány hosszú, több ezer bázis hosszú egyszálú DNS-darabot hajtogat, néhány száz rövid DNS-szál segítségével, amelyek a hosszú szálakon lévő komplementer szekvenciákhoz kötődnek, és a helyükre „tűzik”. A kutatók az 3-as évek óta kísérleteznek DNS-sel, mint építőanyaggal. Az első XNUMXD formák egyszerű kockák, piramisok, futballlabdák voltak – geometriai formák durva és tömbös felülettel. A természetben találhatóakhoz jobban hasonlító íves felületű szerkezetek tervezése azonban bonyolult volt. A csapat célja, hogy bővítse az ezzel a módszerrel elérhető formák körét. Ennek érdekében Fu fejlesztette ki DNAxiS nevű szoftver. A szoftver a DNS-sel történő építkezés módjára támaszkodik, amelyet Yan 2011-ben írt le (Tudomány, „DNS Origami összetett görbületekkel háromdimenziós térben”), aki 20 évvel ezelőtt Reifnél volt posztdoktori a Duke-nál, mielőtt csatlakozott az Arizona állam karához. Úgy működik, hogy egy hosszú DNS kettős hélixet koncentrikus gyűrűkké tekercsel, amelyek egymásra helyezkednek, így formálják a tárgy körvonalait, például agyagtekercseket használnak egy edény készítéséhez. A szerkezetek erősebbé tétele érdekében a csapat további rétegekkel történő megerősítését is lehetővé tette a nagyobb stabilitás érdekében. A Fu bemutatja a különféle formákat, amelyeket elkészíthetnek: tobozok, tökök, lóherelevél formák. A DNAxiS az első olyan szoftvereszköz, amely lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy ilyen alakzatokat automatikusan megtervezzenek, és algoritmusok segítségével meghatározzák, hova helyezzék el a rövid DNS „kapcsokat”, hogy összekapcsolják a hosszabb DNS-gyűrűket és a helyükön tartsák az alakzatot. "Ha túl kevés van, vagy ha rossz helyzetben vannak, akkor a szerkezet nem fog megfelelően kialakulni" - mondta Fu. "A szoftverünk előtt az alakzatok görbülete ezt különösen nehéz problémává tette." Például egy gomba alakú modell alapján a számítógép kiköp egy listát azokról a DNS-szálakról, amelyek maguktól összeállnak a megfelelő konfigurációba. Miután a szálakat szintetizálták és összekeverték egy kémcsőben, a többi magáról gondoskodik: a DNS-keverék felmelegítésével és hűtésével akár 12 órán belül „varázsütésre felhajt a DNS nanoszerkezetébe” – mondta Reif. A kutatók szerint a DNS-tervező szoftver gyakorlati alkalmazása a laboratóriumban vagy a klinikán még évekig tarthat. De „nagy előrelépés az új, háromdimenziós szerkezetek automatizált tervezése terén” – mondta Reif.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• Platoblockchain. Web3 metaverzum intelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62079.php