Программа может перевести двухмерный рисунок в структуру ДНК

Прочитано: 98 раз(а)
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Оценок пока нет)
Loading ... Loading ...


Компьютерная программа может перевести двухмерный рисунок в свободной форме в структуру ДНК.

Исследователи разработали компьютерную программу, которая позволяет пользователям переводить любые рисунки в свободной форме в двумерную наноразмерную структуру из ДНК.

До сих пор проектирование таких структур требовало технических знаний, что делает процесс недоступным для большинства людей. Используя новую программу, любой может создать наноструктуру ДНК любой формы, в том числе для применения в клеточной биологии, фотонике, квантовом зондировании и вычислительной технике.

Учёные сделали серебряные нанопроволоки на основе ДНК

«Эта работа позволяет любому человеку рисовать буквально любую двумерную фигуру и автоматически преобразовывать ее в ДНК-оригами», — говорит Марк Бате, доцент кафедры биологической инженерии в Массачусетском технологическом институте и старший автор исследования.

Исследователи опубликовали свои выводы в выпуске журнала Science Advance от 4 января , и программа под названием PERDIX доступна онлайн. Ведущими авторами статьи являются Hyungmin Jun, постдок из MIT, и Фэй Чжан, доцент, профессор исследований в Университете штата Аризона. Другими авторами являются научный сотрудник Массачусетского технологического института Тайсон Шеперд, недавно получивший степень доктора наук Массачусетского технологического института Сакул Ратаналерт, ассистент-исследователь АГУ Сяодун Ци и профессор АГУ Хао Янь.


Автоматизированный дизайн днк

ДНК-оригами, наука о складывании ДНК в крошечные структуры, возникла в начале 1980-х годов, когда Нед Симан из Нью-Йоркского университета предложил использовать возможности парного сопряжения ДНК для создания произвольных молекулярных структур. В 2006 году Пол Ротемунд из Калифорнийского технологического института создал первые двумерные структуры ДНК с каркасом, сплетая длинную одиночную цепь ДНК (каркас) через такую ​​форму, чтобы нити ДНК, известные как «скобы», гибридизовались с ней, чтобы помочь общей структура сохранить свою форму.

Другие позже использовали аналогичный подход для создания сложных трехмерных структур ДНК. Однако все эти усилия требовали сложного ручного проектирования, чтобы проложить каркас через всю конструкцию и создать последовательности скрепляющих нитей. В 2016 году Бате и его коллеги разработали способ автоматизации процесса создания трехмерной полиэдральной структуры ДНК, и в этом новом исследовании они решили автоматизировать проектирование произвольных двухмерных структур ДНК.

Чтобы достичь этого, они разработали новый математический подход к процессу прокладки одноцепочечного каркаса по всей конструкции для формирования правильной формы. Получающаяся компьютерная программа может взять любой рисунок в свободной форме и преобразовать его в последовательность ДНК, чтобы создать эту форму, и в последовательности для основных нитей.

Форма может быть нарисована в любой компьютерной программе рисования и затем преобразована в файл автоматизированного проектирования (CAD), который вводится в программу проектирования ДНК. «Когда у вас есть этот файл, все автоматически, как печать, но здесь чернила — это ДНК», — говорит Бат.

После того как последовательности сгенерированы, пользователь может заказать их, чтобы легко изготовить указанную форму. В этой статье исследователи создали формы, в которых все ребра состоят из двух дуплексов ДНК, но у них также есть рабочая программа, которая может использовать шесть дуплексов на ребро, которые являются более жесткими. Соответствующий программный инструмент для трехмерных многогранников, называемый TALOS, доступен онлайн и скоро будет опубликован в журнале ACS Nano. Формы размером от 10 до 100 нанометров могут оставаться стабильными в течение недель или месяцев, взвешенных в буферном растворе.

«Тот факт, что мы можем спроектировать и изготовить их очень простым способом, помогает устранить серьезное узкое место в нашей области», — говорит Бате. «Теперь область может перейти к гораздо более широким группам людей в промышленности и научных кругах, способных функционализировать структуры ДНК и использовать их для различных применений».

Наноразмерные узоры

Поскольку исследователи имеют такой точный контроль над структурой частиц синтетической ДНК, они могут прикреплять множество других молекул в определенных местах. Это может быть полезно для шаблонирования антигенов в наноразмерных структурах, чтобы пролить свет на то, как иммунные клетки распознают и активируются определенным расположением антигенов, обнаруженных в вирусах и бактериях.

«Как наноразмерные структуры антигенов распознаются иммунными клетками — очень плохо изученная область иммунологии», — говорит Бате. «Прикрепление антигенов к структурированным поверхностям ДНК для отображения их в организованном порядке — мощный способ исследовать эту биологию».

Другим ключевым приложением является разработка схем сбора света, которые имитируют фотосинтетические комплексы, найденные в растениях. Чтобы достичь этого, исследователи прикрепляют светочувствительные красители, известные как хромофоры, к каркасам ДНК. В дополнение к сбору света, такие схемы могут также использоваться для выполнения квантовых измерений и элементарных вычислений. В случае успеха это будут первые квантовые вычислительные схемы, которые могут работать при комнатной температуре, говорит Бате.

Программа может перевести двухмерный рисунок в структуру ДНК



Новости партнеров

Загрузка...