Name: designing a bio-responsive robot from dna origami
Uploaded: 2013-07-08T12:00:00
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著者は、非常に貴重な議論と助言、そして有用な議論や作業のためのバチェレラボのすべてのメンバーのS.ダグラスに感謝したい。この作業はバー宜蘭大学のナノテクノロジー＆アドバンストマテリアルのライフサイエンスおよび研究所の教員からの補助金によってサポートされています。

我々は本論文で設計したロボットは、選択された標的細胞の表面上の受容体に結合することが可能な貨物Cを作ることによって、タンパク質Pに応答します。 。ロボットは、Cは 、受容体遮断薬であってもよく、図1に示され、成長因子などがあり、化学的にDNAオリゴヌクレオチドにリンクする方法は、その機能を破壊しないことが可能でなければなりません。?...

<ol>
	<li>Watson, J. D., Crick, F. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genetical+implications+of+the+structure+of+deoxyribonucleic+acid.">Genetical implications of the structure of deoxyribonucleic acid.</a> Nature. 171, 964-967 (1953).</li><li>Adleman, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+computation+of+solutions+to+combinatorial+problems.">Molecular computation of solutions to combinatorial problems.</a> Science. 266, 1021-1024 (1994).</li><li>Qian, L., Winfree, E., Bruck, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+network+computation+with+DNA+strand+displacement+cascades.">Neural network computation with DNA strand displacement cascades.</a> Nature. 475, 368-372 (2011).</li><li>Ellington, A. D., Szostak, J. 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W., Papadakis, N., Winfree, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Algorithmic+self-assembly+of+DNA+Sierpinski+triangles.">Algorithmic self-assembly of DNA Sierpinski triangles.</a> PLoS Biol. 2, e424 (2004).</li><li>Chen, J. H., Seeman, N. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+from+DNA+of+a+molecule+with+the+connectivity+of+a+cube.">Synthesis from DNA of a molecule with the connectivity of a cube.</a> Nature. 350, 631-633 (1991).</li><li>He, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hierarchical+self-assembly+of+DNA+into+symmetric+supramolecular+polyhedra.">Hierarchical self-assembly of DNA into symmetric supramolecular polyhedra.</a> Nature. 452, 198-201 (2008).</li><li>Seeman, N. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nucleic+acid+junctions+and+lattices.">Nucleic acid junctions and lattices.</a> J. Theor. Biol. 99, 237-247 (1982).</li><li>Wei, B., Dai, M., Yin, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Complex+shapes+self-assembled+from+single-stranded+DNA+tiles.">Complex shapes self-assembled from single-stranded DNA tiles.</a> Nature. 485, 623-626 (2012).</li><li>Yin, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Programming+DNA+tube+circumferences.">Programming DNA tube circumferences.</a> Science. 321, 824-826 (2008).</li><li>Rothemund, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Folding+DNA+to+create+nanoscale+shapes+and+patterns.">Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns.</a> Nature. 440, 297-302 (2006).</li><li>Dietz, H., Douglas, S. M., Shih, W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Folding+DNA+into+twisted+and+curved+nanoscale+shapes.">Folding DNA into twisted and curved nanoscale shapes.</a> Science. 325, 725-730 (2009).</li><li>Douglas, S. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-assembly+of+DNA+into+nanoscale+three-dimensional+shapes.">Self-assembly of DNA into nanoscale three-dimensional shapes.</a> Nature. 459, 414-418 (2009).</li><li>Douglas, S. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+prototyping+of+3D+DNA-origami+shapes+with+caDNAno.">Rapid prototyping of 3D DNA-origami shapes with caDNAno.</a> Nucleic Acids Res. 37, 5001-5006 (2009).</li><li>Douglas, S. M., Bachelet, I., Church, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+logic-gated+nanorobot+for+targeted+transport+of+molecular+payloads.">A logic-gated nanorobot for targeted transport of molecular payloads.</a> Science. 335, 831-834 (2012).</li><li>Castro, C. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+primer+to+scaffolded+DNA+origami.">A primer to scaffolded DNA origami.</a> Nature Methods. 8, 221-229 (1038).</li><li>Ke, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multilayer+DNA+origami+packed+on+a+square+lattice.">Multilayer DNA origami packed on a square lattice.</a> Journal of the American Chemical Society. 131, 15903-15908 (2009).</li><li>Mallikaratchy, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+aptamers+evolved+from+cell-SELEX+to+engineer+a+molecular+delivery+platform.">Using aptamers evolved from cell-SELEX to engineer a molecular delivery platform.</a> Chem. Commun. (Camb). , 3056-3058 (2009).</li><li>Hamad-Schifferli, K., Schwartz, J. J., Santos, A. T., Zhang, S., Jacobson, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Remote+electronic+control+of+DNA+hybridization+through+inductive+coupling+to+an+attached+metal+nanocrystal+antenna.">Remote electronic control of DNA hybridization through inductive coupling to an attached metal nanocrystal antenna.</a> Nature. 415, 152-155 (2002).</li></ol>

DNA折り紙は、ナノスケールでの任意の機能を正確に定義されたオブジェクトを作製することを可能にします。重要な次のステップは、これらのデザインに機能を統合するでしょう。多くのアプリケーションや課題が、この技術で対処できましたが、これらはDNAの自然環境を表すように、DNA折り紙から治療や科学のロボットを製造する際に特に興味がある。 DNAは既に遺伝情報記憶媒体などの?...

<table border="1">
 <tbody>
 <tr>
 <td>Name of Reagent/Material</td>
 <td>Company</td>
 <td>Catalog Number</td>
 <td>Comments</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Autodesk Maya 2012</td>
 <td>Autodesk</td>
 <td></td>
 <td>A student/academic account needs to be created first (see platform-specific instructions in <a href="http://cadnano.org" target="_blank">http://cadnano.org</a>)</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>caDNAno 2.0 (software)</td>
 <td>(Open source)</td>
 <td></td>
 <td>Software for the design of DNA origami structures <a href="http://cadnano.org/" target="_blank">http://cadnano.org</a></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Cando (webpage)</td>
 <td>(Open source)</td>
 <td></td>
 <td>Webpage running a simulator of DNA origami shapes <a href="http://cando-dna-origami.org" target="_blank">http://cando-dna-origami.org</a></td>
 </tr>
 </tbody>
</table>

designing a bio-responsive robot from dna origami

核酸は驚くほど汎用性があります。記憶媒体としての本来の役割に加えて1、それらは並列計算2,3に利用することができる、と認識して結合する4,5分子または細胞標的を、化学反応を触媒6,7、および生物学で算出されたレスポンスを生成するための生体情報システム8,9。重要なことに、核酸は、所望の効果を発揮させるために予め設定された応答に生物学的手がかりの検出を結ぶ単一のロボット内のすべてのこれらの顕著な特徴の統合を可能にし、2次元および3次元構造10-12に自己集合するようにプログラムすることができる。 核酸から作成形状が最初シーマン13で提案されており、このテーマに関するいくつかのバリエーションは、以来、様々な技術の11,12,14,15を使用して実現されている。しかし、最も重要なは、スキャフォールドと呼ばれるDNA折り紙、恐らくRothemundによって提案されたものです16。この技術では、長時間（&gt; 7,000塩基）一本鎖DNA &#39; 足場&#39;の折り畳み&#39;は、ステープル&#39;と呼ばれる短い相補鎖の数百によって所望の形状に向けられる。折り畳みは、温度ランプアニールにより行われる。この手法は、正常顕著精度と堅牢性を持つ2D形状の多様な配列の作成に実証された。 DNA折り紙は後でよく17,18として3Dに拡張されました。 現在の論文は、ダグラスらによって開発されたcaDNAno 2.0ソフトウェア19に焦点を当てます。 caDNAnoは多才な機能を備えた2Dおよび3D DNA折り紙形状の設計を可能にする堅牢な、ユーザーフレンドリーなCADツールです。設計プロセスは、それが比較的簡単かつ効率的に、DNA構造に体系的かつ正確な抽象化方式に依存する。 本稿では、DNA折り紙NAの設計を実証最近20に記載されているnorobot。このロボットは、タスクを実行するために、それが作動する感知リンクするという意味で、 &quot;ロボット&quot;である。我々は、様々な検出方式を構造体に統合することができます方法を説明し、どのように、これは望ましい効果に中継することができます。最後に設計された形状の機械的特性をシミュレートするためにキャンドゥ21を使用する。我々が議論する概念は、複数のタスクや設定に適合させることができる。

<html> 図1-25は、設計プロセスのステップバイステップを示すcaDNAno 2.0インターフェースのスクリーンショットです。形状の断面は、第一の足場鎖フラグメントおよび全体足場路（図7）の完了を自動的に加え、続いて、（図3）に概説した。ステープルストランドは自動的にユーザー定義のパラメータ（図14）、およびデバイスの所望の機能<stron...

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Designing a Bio-responsive Robot from DNA Origami

DNA折り紙は、DNA分子の自己集合をプログラムすることにより、正確なナノスケール物体を製造するための強力な方法である。ここでは、DNA折り紙、その後、所望の効果に中継生物手がかりを感知し、シフト形状によって対応できるロボットのロボットを設計するために利用することができる方法について説明します。

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