211service.com
Nanocostruzione con DNA curvo
La nanotecnologia del DNA utilizza le proprietà fisiche uniche delle molecole di DNA per progettare e creare strutture su nanoscala, con la speranza di creare un giorno minuscole macchine che funzionino insieme proprio come le parti di una cellula. Ma una delle sfide del settore è trovare modi per progettare e ingegnerizzare strutture del DNA con alta precisione. Un recente studio pubblicato su Scienza segna una svolta nella capacità dei ricercatori di modellare il DNA; descrive un modo per costruire forme di DNA tridimensionali con elaborate torsioni e curve con una precisione senza precedenti, sviluppato da scienziati di Harvard e dell'Università tecnica di Monaco in Germania.
Scatto fisso: Un nuovo metodo per progettare forme tridimensionali dal DNA consente di creare parti curve, incluso questo ingranaggio in nanoscala con dodici denti.
Hao Yan , un professore di biochimica all'Arizona State University che non è stato coinvolto nello studio, afferma che il lavoro aggiunge un livello chiave di controllo sui metodi precedenti. Penso che possiamo dire che è possibile creare qualsiasi tipo di architettura usando il DNA, dice.
Un vantaggio chiave dell'utilizzo del DNA come materiale da costruzione è che è programmabile. Le molecole di DNA sono costituite da stringhe di basi nucleotidiche collegate di quattro tipi: A, T, G e C. Queste basi si attaccano alle basi su un altro filamento di DNA seguendo una semplice regola: A si accoppia con T e C si accoppia con G. Creando Sequenze di DNA con basi complementari su diversi filamenti, è quindi possibile progettare molecole di DNA che si autoassemblano in determinate forme secondo regole prevedibili.
Il lavoro precedente utilizzava un metodo chiamato DNA origami per progettare forme bidimensionali dal DNA; ulteriori studi si sono basati su questo approccio per creare forme in tre dimensioni. L'origami del DNA utilizza un filamento di DNA molto lungo, chiamato impalcatura, e centinaia di filamenti più corti, chiamati graffette. Le graffette si legano all'impalcatura in determinati punti in base alla loro sequenza, pizzicando l'impalcatura e costringendola a piegarsi più volte all'indietro per creare un foglio con una forma particolare.
Il Scienza studio estende il lavoro dello stesso team di ricercatori, adattando il metodo dell'origami del DNA per creare forme tridimensionali più complesse. In precedenza, il team ha progettato il DNA per formare eliche impacchettate da filamenti di graffette reticolate in un reticolo a nido d'ape. Nello studio attuale, i ricercatori hanno introdotto curve e torsioni in queste forme aggiungendo o eliminando basi in determinati punti dell'impalcatura, modificando le forze locali che le eliche esercitano l'una sull'altra e costringendo l'intera struttura a curvarsi a destra o a sinistra. Hanno scoperto che potevano controllare il grado di curvatura con una grande precisione, ottenendo curve strette simili a quelle del DNA strettamente avvolto che si trova nelle cellule.
I ricercatori hanno creato oggetti tra cui ingranaggi su scala nanometrica, una capsula wireframe a forma di pallone da spiaggia e triangoli con lati concavi o convessi. Shawn Douglas , un coautore dell'Università di Harvard, ha sviluppato un programma di progettazione assistita da computer disponibile al pubblico che può fungere da interfaccia visiva per la progettazione delle forme del DNA.
Molecole pieghevoli: Un fascio di eliche di DNA (riga superiore) può essere piegato ad angoli precisi (le altre file) introducendo o eliminando coppie di basi nella sequenza del DNA.
William Shih , coautore dello studio e assistente professore di chimica biologica e farmacologia molecolare della Harvard Medical School, afferma che la capacità di creare strutture curve aggiunge un elemento importante alla cassetta degli attrezzi della nanoscienza del DNA. Sottolinea che oggetti come anelli, molle e ingranaggi sono importanti per le macchine su scala macro, mentre le cellule contengono anche elementi con parti curve, suggerendo che queste proprietà sono importanti su scala nanometrica. Se non avessimo questa capacità generale di costruzione, saremmo handicappati nella nostra capacità di costruire dispositivi utili, dice.
Chengde Mao , professore associato di chimica analitica presso la Purdue University, definisce il risultato sorprendente e afferma che il suo laboratorio ha tentato di creare strutture simili e ha fallito. Dice non solo che il lavoro mostra che il DNA può essere attorcigliato e piegato a livelli estremi, ma che una delle cose belle è che è una curva davvero liscia, mentre altri tentativi hanno portato a forme pixellate.
Le applicazioni pratiche della tecnica non sono ancora chiare, ma ci sono molte possibilità. Poiché le forme del DNA descritte nel Scienza la carta ha le dimensioni di un virus medio, Shih dice che potrebbe forse essere progettata per entrare in una cellula come un virus per rilasciare un farmaco. Parti di DNA potrebbero essere utilizzate anche per progettare l'elettronica molecolare, che un giorno potrebbe offrire un nuovo livello di miniaturizzazione per computer più veloci.
Yan afferma che lo studio si aggiunge alle straordinarie capacità del DNA, ma aggiunge che gli scienziati devono studiare ulteriormente queste strutture per vedere quanto sono stabili e quanto resistono nel tempo.