DNA 'LEGO' rakentaa miniavaruussukkulan

DNA -tiilet rakentavat monia avaruussukkulaa

DNA-tiilet voivat koota itsensä monimutkaisiksi 3D-muodoiksi, kuten pienoiskoossa avaruussukkulaksi. (Kuvaluotto: Kurt V.Gothelf | Yonggang Ke et al.)



Pieni avaruussukkula, joka on valmistettu DNA -LEGO -palikoista, osoittaa, kuinka tutkijat voisivat jonain päivänä rakentaa uutta teknologiaa pienimmille mittakaavoille.



Yksittäisistä DNA -säikeistä tuli LEGO -palikoita, jotka voisivat koota itsestään 102 yksittäistä 3D -muotoa. Harvardin tutkijat manipuloivat tiilien DNA -koodausta niin, että ne voivat muodostaa kiinteitä muotoja, kuten pienen sukkulan, hunajakennorakenteet ja jopa `` kirjalliset '' ominaisuudet kiinteälle pohjalle, kuten englanninkielisen aakkoston numerot ja kirjaimet.

'Kun tiedämme, miten kootaan oikea monimutkaisten muotojen koodi ja lisätään se synteettisiin DNA -juosteisiin, kaikki muu on yksinkertaista ja luonnollista', sanoi Yonggang Ke, kemisti Harvardin yliopistosta. 'Nuo DNA -säikeet ovat kuin älykkäitä LEGO -palikoita, jotka tietävät tarkalleen minne mennä.'



DNA -tiilet tarjoavat tehokkaan uuden työkalun rakenteiden rakentamiseen pienimmissä yksityiskohdissa, Ke ja hänen kollegansa kertovat tutkimuksensa 29. marraskuuta julkaistussa Science -lehdessä. Työ voi johtaa siihen pieniä lääkinnällisiä laitteita lääkkeiden kuljettamiseen ihmiskehoon tai seuraavan sukupolven tietokonepiireihin.

Mutta DNA -nanoteknologian läpimurto koskettaa myös yhtä tieteen suurimmista mysteereistä - kuinka elämä maan päällä kokoontui molekyylien sekoituksesta alkukivissä. DNA -juosteen leveys on noin 1 nanometri (1 miljardi metrin metristä) - paljon pienempi kuin ihmisen hiusten leveys 60 000 nanometriä.

Elämän ihmeen toistaminen



Ajatus DNA-palikoista, jotka voivat koota itsensä muotoiksi, näyttää fantastiselta ihmisille, jotka ovat tottuneet rakentamaan asioita askel askeleelta. Mutta se on vain vihje siitä, mitä luonto tekee koko ajan itsensä kokoamisen kautta, Ke sanoi.

'Kaikki maapallon elämänmuodot kootaan itse, ympäristössä, jossa on valtava määrä pieniä molekyylejä ja makromolekyylejä, kuten DNA: ta, RNA: ta ja proteiineja-paljon, paljon sotkuisempaa kuin pieni DNA-' keitto 'koeputkessa,' Ke kertoi TechNewsDaily.

Uuden tutkimuksen vanhemman kirjoittajan Peng Yinin Harvardin laboratorio oli käyttänyt DNA: ta 2D -muotojen rakentamiseen. 3D -läpimurto perustui tiiliin, joista jokainen koostui yhdestä DNA -juosteesta, jossa oli 32 nukleotidia - DNA: n rakennuspalikkomolekyylejä - jotka voivat sitoutua jopa neljään vierekkäiseen tiiliin.



Kaksi palikkaa yhdistetään toisiinsa 90 asteen kulmassa muodostaen 3D-muodon, joka on samanlainen kuin kahden nastan LEGO-palikoiden liittäminen. Tutkijat suunnittelivat haluamansa 3D -muodot manipuloimalla koodattua reseptiä siitä, miten DNA: n emäsparimolekyylit sitoutuvat toisiinsa. [ Uusi DNA -tietokone tallentaa 1 bitin dataa ]

DNA-tiilimenetelmä kestää kauan-yksi kuutiota muistuttava muoto kesti 72 tuntia itsekokoonpanoon. Mutta sen menestys voi silti tulla miellyttävänä yllätyksenä tutkijoille, jotka epäilivät sen toteutumista.

KIHTI

DNA -tiilet loivat 3D -kirjain- ja numeromuotoja tietokoneen mallintamisen (vasemmalla) ja mikroskooppikuvien (oikea) kautta.(Kuva: Yonggang Ke, Wyss -instituutti, Harvardin yliopisto)

LEGO kohtaa origamin

Monet tutkijat uskoivat, että satojen tai tuhansien DNA-juosteiden DNA: n kokoonpano osoittautuisi liian monimutkaiseksi tai tehottomaksi. He olivat aiemmin luottaneet DNA -origamimenetelmään, joka taitteli päärakennustelineen DNA -juosteen eri muotoihin. Tällainen origami -taitto tapahtuu rakennustelineen vuorovaikutuksen kautta monien lyhyiden 'katkottujen' DNA -juosteiden kanssa.

Mutta DNA -origamimenetelmä vaati tutkijoita luomaan erityisiä rakennustelineitä ja katkottua säikeitä, jotka on räätälöity kullekin ainutlaatuiselle muodolle, jonka he halusivat rakentaa. Vertailun vuoksi DNA -tiilet edustavat vakiomallia rakennuspalikoita, jotka voivat joustavasti liittyä yhteen muodostaen monia erilaisia ​​muotoja.

Silti Ke ja hänen Harvardin kollegansa sanovat, että sekä tiili- että origami -menetelmillä on omat vahvuutensa ja heikkoutensa. He aikovat käyttää molempien menetelmien yhdistelmää tulevaisuudessa. [ Kuinka pienet DNA: sta valmistetut robotit voivat taistella syöpää vastaan ]

Myös Kurt Gothelf, Tanskan Aarhusin yliopiston DNA -nanoteknologian keskuksen johtaja, omaksuu tämän lähestymistavan. Gothelf kirjoitti riippumattoman artikkelin Harvardin tiimin työstä Science -lehden viimeisimmässä numerossa.

'Visioissani kahden menetelmän yhdistämisestä käytät DNA -origamiydintä ja voit rakentaa tälle erilaisia ​​pintoja tiilimenetelmällä', Gothelf selitti.

Rakentaminen isompi ja parempi

DNA -tiilimenetelmä voisi nopeasti liittyä DNA -origamimenetelmään auttaakseen tutkijoita tekemään laboratoriotutkimusta. Gothelf ehdotti, että DNA -tiilien kaupallinen käyttö voisi ilmetä myös seuraavien 5-10 vuoden aikana.

'' Henkilökohtaisesti olen innostunut sen mahdollisesta soveltamisesta DNA -nanoteknologia tehdä älykkäitä lääkekuljetusajoneuvoja ja järjestää ja kytkeä molekyylielektronisia komponentteja ', Gothelf sanoi.

Tutkijat ovat ehkä keksineet, kuinka suunnitella ja tehdä 3D-muotoja luotettavasti DNA: sta, mutta he eivät vieläkään tiedä, miten DNA vetää pois sen näennäisen ihmeellisen temppun itsekokoonpanosta. Luonto tajusi, kuinka itsekokoonpano voisi luoda kaiken kokoisia ja muotoisia eläviä olentoja miljardien vuosien kehityksen aikana, Ke sanoi.

Ihmiset 'leikkivät edelleen kiinni luonnosta' tekemällä DNA-palikoita ', Ke selitti. Mutta mahdollisuudet voivat olla loputtomat.

'Meille, joilla on rajallinen aika ja resurssit, noin millimetrin kokoisten rakenteiden tekeminen tällä vuosikymmenellä olisi erittäin vaikuttavaa', Ke sanoi. 'Muodon monimutkaisuuden kannalta uskon, että käytännössä kaikki on mahdollista.'

Tämän tarinan tarjosi TechNewsDaily, sisar -sivusto demokratija.euille. Voit seurata TechNewsDaily -vanhempaa kirjailijaa Jeremy Hsua Twitterissä @jeremyhsu . Seuraa TechNewsDaily Twitterissä @TechNewsDaily , tai päällä Facebook .