Name: preparation of multifunctional silk-based microcapsules loaded with dna plasmids encoding rna aptamers and riboswitches
Uploaded: 2021-10-08T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Preparation of Multifunctional Silk-Based Microcapsules Loaded with DNA Plasmids Encoding RNA Aptamers and Riboswitches at JoVE.com

Detta arbete stöddes av LRIR 16RH3003J-bidrag från Air Force Office of Scientific Research, liksom programmet Synthetic Biology for Military Environments Applied Research for the Advancement of S&T Priorities (ARAP) från U.S. Office of the Under Secretary of Defense for Research and Engineering.
Plasmidvektorsekvensen för ThyRS (pSALv-RS-GFPa1, 3,4 kb) tillhandahölls generöst av Dr. J. Gallivan. Silkesmaskkokonger från Bombyx mori donerades generöst av Dr. DL Kaplan från Tufts University, MA.

1. Konstruktion av plasmidvektor.
<ol><li>Konstruera en plasmidvektor (pSALv-RS-GFPa1, 3,4 kb) genom amplifiering av den kodande sekvensen av en teofyllinriboswitch (ThyRS) kopplad till GFPa1 från pJ201:23976-RS-GFPa1-vektor (designad och skapad av DNA2.0) och införande i E. coli-uttrycksvektor, pSAL13. Använd framåt (5'-CGTGGTACCGGTGATACCAGCATCGTCTTGATG-3') och omvända (5'-CGTGCTCAGCTTAAGCCAGCTCGTAG-3') primrar för att förstärka kodningssekvensen för ThyRS i kombination med GF...

<ol>
	<li>Slomovic, S., Pardee, K., Collins, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthetic+biology+devices+for+in+vitro+and+in+vivo+diagnostics.">Synthetic biology devices for in vitro and in vivo diagnostics.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (47), 14429-14435 (2015).</li><li>Harbaugh, S. V., Goodson, M. S., Dillon, K., Zabarnick, S., Kelley-Loughnane, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Riboswitch-based+reversible+dual-color+sensor.">Riboswitch-based reversible dual-color sensor.</a> ACS Synthetic Biology. 6 (5), 766-781 (2017).</li><li>K&#246;nig, H., Frank, D., Heil, R., Coenen, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthetic+genomics+and+synthetic+biology+applications+between+hopes+and+concerns.">Synthetic genomics and synthetic biology applications between hopes and concerns.</a> Current Genomics. 14 (1), 11-24 (2013).</li><li>Silverman, A. D., Karim, A. S., Jewett, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell-free+gene+expression:+An+expanded+repertoire+of+applications.">Cell-free gene expression: An expanded repertoire of applications.</a> Nature Reviews Genetics. 21, 151-170 (2020).</li><li>Chushak, 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=Characterization+of+synthetic+riboswitch+in+cell-free+protein+expression+systems.">Characterization of synthetic riboswitch in cell-free protein expression systems.</a> RNA Biology. , 1-12 (2021).</li><li>Cole, S. D., 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=Quantification+of+interlaboratory+cell-free+protein+synthesis+variability.">Quantification of interlaboratory cell-free protein synthesis variability.</a> ACS Synthetic Biology. 8 (9), 2080-2091 (2019).</li><li>Thavarajah, W., 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=Point-of-use+detection+of+environmental+fluoride+via+a+cell-free+riboswitch-based+biosensor.">Point-of-use detection of environmental fluoride via a cell-free riboswitch-based biosensor.</a> ACS Synthetic Biology. 9 (1), 10-18 (2020).</li><li>Gr&#1235;we, A., 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+paper-based,+cell-free+biosensor+system+for+the+detection+of+heavy+metals+and+date+rape+drugs.">A paper-based, cell-free biosensor system for the detection of heavy metals and date rape drugs.</a> PLoS One. 14 (3), 0210940 (2019).</li><li>Lin, X., 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=Portable+environment-signal+detection+biosensors+with+cell-free+synthetic+biosystems.">Portable environment-signal detection biosensors with cell-free synthetic biosystems.</a> RSC Advances. 10 (64), 39261-39265 (2020).</li><li>Caschera, F., Lee, J. W., Ho, K. K. Y., Liu, A. P., Jewett, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell-free+compartmentalized+protein+synthesis+inside+double+emulsion+templated+liposomes+with+in+vitro+synthesized+and+assembled+ribosomes.">Cell-free compartmentalized protein synthesis inside double emulsion templated liposomes with in vitro synthesized and assembled ribosomes.</a> Chemical Communications. 52 (31), 5467-5469 (2016).</li><li>Niederholtmeyer, H., Chaggan, C., Devaraj, N. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Communication+and+quorum+sensing+in+non-living+mimics+of+eukaryotic+cells.">Communication and quorum sensing in non-living mimics of eukaryotic cells.</a> Nature Communications. 9, 5027 (2018).</li><li>Timin, A. S., Gould, D. J., Sukkhorukov, G. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multi-layer+microcapsules:+Fresh+insights+and+new+applications.">Multi-layer microcapsules: Fresh insights and new applications.</a> Expert Opinion on Drug Delivery. 14 (5), 583-587 (2017).</li><li>Bomati, E. K., Haley, J. E., Noel, J. P., Deheyn, D. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectral+and+structural+comparison+between+bright+and+dim+green+fluorescent+proteins+in+Amphioxus.">Spectral and structural comparison between bright and dim green fluorescent proteins in Amphioxus.</a> Scientific Reports. 4, 5469 (2014).</li><li>Frey, B., Reischl, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Amplification+of+Genomic+DNA+by+PCR.">Amplification of Genomic DNA by PCR.</a> Molecular Diagnosis of Infectious Diseases. Methods in Molecular Medicine. 13, 143-156 (1998).</li><li>Lee, P. Y., Costumbrado, J., Hsu, C. -. Y., Kim, Y. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Agarose+gel+electrophoresis+for+the+separation+of+DNA+fragments.">Agarose gel electrophoresis for the separation of DNA fragments.</a> Journal of Visualized Experiments. (62), e3923 (2012).</li><li>Zhou, 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=Rapid+regeneration+and+reuse+of+silica+columns+from+PCR+purification+and+gel+extraction+kits.">Rapid regeneration and reuse of silica columns from PCR purification and gel extraction kits.</a> Scientific Reports. 8, 12870 (2018).</li><li>Kostylev, M., Otwell, A. E., Richardson, R. E., Suzuki, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cloning+should+be+simple:+Escherichia+coli+DH5&#945;-mediated+assembly+of+multiple+DNA+fragments+with+short+end+homologies.">Cloning should be simple: Escherichia coli DH5&#945;-mediated assembly of multiple DNA fragments with short end homologies.</a> PLoS One. 10 (9), 0137466 (2015).</li><li>Rockwood, D. N., 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=Materials+fabrication+from+Bombyx+mori+silk+fibroin.">Materials fabrication from Bombyx mori silk fibroin.</a> Nature Protocols. 6 (10), 1612-1631 (2011).</li><li>Drachuk, I., 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=Silk+macromolecules+with+amino+acid-Poly(Ethylene+Glycol)+grafts+for+controlling+layer-by-layer+encapsulation+and+aggregation+of+recombinant+bacterial+cells.">Silk macromolecules with amino acid-Poly(Ethylene Glycol) grafts for controlling layer-by-layer encapsulation and aggregation of recombinant bacterial cells.</a> ACS Nano. 9 (2), 1219-1235 (2015).</li><li>Antipov, A. A., Sukhorukov, G. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polyelectrolyte+multilayer+capsules+as+vehicles+with+tunable+permeability.">Polyelectrolyte multilayer capsules as vehicles with tunable permeability.</a> Advances in Colloid and Interface Science. 111 (1-2), 49-61 (2004).</li><li>Drachuk, I., Harbaugh, S., Ch&#225;vez, J. L., Kelley-Loughnane, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improving+the+activity+of+DNA-encoded+sensing+elements+through+confinement+in+silk+microcapsules.">Improving the activity of DNA-encoded sensing elements through confinement in silk microcapsules.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 12 (43), 48329-48339 (2020).</li><li>Melnikov, S., Ben-Shem, A., Garreau de Loubresse, N., Jenner, L., Yusupova, G., Yusupov, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+basis+for+the+inhibition+of+the+eukaryotic+ribosome.">Structural basis for the inhibition of the eukaryotic ribosome.</a> Nature Structural &amp; Molecular Biology. 19 (6), 560-567 (2012).</li><li>Zhao, S., 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=The+future+of+layer-by-layer+assembly:+A+tribute+to+ACS+Nano+associate+editor+Helmuth+M&#246;hwald.">The future of layer-by-layer assembly: A tribute to ACS Nano associate editor Helmuth M&#246;hwald.</a> ACS Nano. 13 (6), 6151-6169 (2019).</li><li>Main, K. H. S., Provan, J. I., Haynes, P. J., Wells, G., Hartley, J. A., Pyne, A. L. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atomic+force+microscopy-A+tool+for+structural+and+translational+DNA+research.">Atomic force microscopy-A tool for structural and translational DNA research.</a> APL Bioengineering. 5, 031504 (2021).</li><li>Riera, R., Feiner-Gracia, N., Fornaguera, C., Cascante, A., Borr&#243;s, S., Albertazzi, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tracking+the+DNA+complexation+state+of+pBAE+polyplexes+in+cells+with+super+resolution+microscopy.">Tracking the DNA complexation state of pBAE polyplexes in cells with super resolution microscopy.</a> Nanoscale. 11 (38), 17869-17877 (2019).</li><li>Bilokapic, S., Strauss, M., Halic, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cryo-EM+of+nucleosome+core+particle+interactions+in+trans.">Cryo-EM of nucleosome core particle interactions in trans.</a> Scientific Reports. 8, 7046 (2018).</li><li>Pritchard, E. M., Dennis, P. B., Omenetto, F., Naik, R. R., Kaplan, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physical+and+chemical+aspects+of+stabilization+of+compounds+in+silk.">Physical and chemical aspects of stabilization of compounds in silk.</a> Biopolymers. 97 (6), 479-498 (2012).</li><li>Fritz, B. R., Jamil, O. K., Jewett, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Implications+of+macromolecular+crowding+and+reducing+conditions+for+in+vitro+ribosome+construction.">Implications of macromolecular crowding and reducing conditions for in vitro ribosome construction.</a> Nucleic Acids Research. 43 (9), 4774-4784 (2015).</li><li>Ge, X., Luo, D., Xu, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell-free+protein+expression+under+macromolecular+crowding+conditions.">Cell-free protein expression under macromolecular crowding conditions.</a> PLoS One. 6 (12), 28707 (2011).</li><li>Cawte, A. D., Unrau, P. J., Rueda, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Live+cell+imaging+of+single+RNA+molecules+with+fluorogenic+mango+II+arrays.">Live cell imaging of single RNA molecules with fluorogenic mango II arrays.</a> Nature Communications. 11, 1283 (2020).</li><li>Chen, X., 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=Visualizing+RNA+dynamics+in+live+cells+with+bright+and+stable+fluorescent+RNAs.">Visualizing RNA dynamics in live cells with bright and stable fluorescent RNAs.</a> Nature Biotechnology. 37 (11), 1287-1293 (2019).</li></ol>

Selektivt permeabla hydrogelmikrokapslar laddade med olika typer av DNA-kodade sensordesigner kan framställas enligt detta protokoll. En av de utmärkande egenskaperna hos LbL-metoden är förmågan att skräddarsy komplexiteten hos mikrokapslar under bottom-up-monteringen, som vanligtvis börjar med adsorption av molekylära arter på offermallar. Genom att noggrant justera koncentrationerna av de ursprungliga komponenterna, pH-förhållandena och antalet lager kan mikrokapslar med olika DNA-laddningsparametrar, funkti...

Området syntetisk biologi erbjuder unika möjligheter att utveckla avkänningsförmåga genom att utnyttja naturliga mekanismer som utvecklats av mikroorganismer för att övervaka deras miljö och potentiella hot. Det är viktigt att dessa avkänningsmekanismer vanligtvis är kopplade till ett svar som skyddar dessa mikroorganismer från skadlig exponering, reglerar genuttryck för att mildra negativa effekter eller förhindra intag av giftiga material. Det har gjorts betydande ansträngningar för att konstruera dessa mikroorganismer för att skapa helcellssensorer som utnyttjar dessa naturliga svar men omdirigerar dem för att känna igen nya mål och / eller producera en mätbar signal som kan mätas för kvantifieringsändamål (vanligtvis fluorescens)1,2. För närvarande tyder oro över användningen av genetiskt modifierade mikroorganismer (GMO), särskilt vid utsläpp i miljön eller människokroppen, på grund av läckage av hela celler eller en del av deras genetiska material, även om de är inkapslade i en polymermatris, att alternativa sätt att utnyttja dessa avkänningsmetoder behövs3.
Ett kraftfullt tillvägagångssätt för att utnyttja fördelarna med mikroorganismerbaserad avkänning utan att behöva oroa sig för utplacering av GMO är användningen av in vitro-transkriptions-/translationssystem (IVTT). Ur ett praktiskt perspektiv består IVTT-system av en blandning som innehåller de flesta cellkomponenterna i ett aktivt tillstånd som har "extraherats" från celler på olika sätt, inklusive ultraljudsbehandling, pärlslag eller andra4. Slutprodukten av denna process är en biokemisk reaktionsblandning som redan är optimerad för att utföra transkription och translation som kan användas för att testa olika sensorer i ett "öppet kärl" -format, utan de begränsningar som är förknippade med användningen av hela celler (membrandiffusion, transformationseffektivitet, celltoxicitet etc.). Viktigt är att olika sensorkomponenter kan tillsättas kvantitativt och deras effekt studeras med olika optiska och spektrometriska tekniker, som vi har visat5. Det har noterats att IVTT-systemens prestanda kan vara inkonsekvent; Nya studier har dock visat tillvägagångssätt för att standardisera deras förberedelse och karakterisering, vilket är till stor hjälp när man studerar deras prestanda i sensordesign6. Nyligen har många exempel på IVTT-system som används för att skapa pappersbaserade analyser genom lyofilisering av deras komponenter i pappersmatriser visats, inklusive detektion av tungmetalljoner, droger, kvorumavkänningselement och andra 7,8,9. Ett spännande applikationsutrymme för IVTT-baserade sensorer är deras användning i avkänningsapplikationer i olika typer av miljöer, inklusive mark, vatten och människokroppen. För att distribuera dessa IVTT-system till dessa utmanande miljöer måste en inkapslingsmetod implementeras för att innehålla IVTT-komponenterna och skydda dem från nedbrytning.
De vanligaste inkapslingsmetoderna för IVTT-system inkluderar användning av lipidkapslar, miceller, polymersomer och andra tätt slutna mikrobehållare10,11,12. En nackdel med detta tillvägagångssätt är behovet av att införliva antingen passiva eller aktiva mekanismer för att transportera material in och ut ur behållarna för att möjliggöra kommunikation med den yttre miljön och tillhandahålla avkänningsfunktioner. För att övervinna några av dessa problem rapporterar studien här en metod som ger ett enkelt men effektivt tillvägagångssätt för att kapsla in kodningsmaterialen för olika sensordesigner som ska uttryckas i IVTT-system. Detta tillvägagångssätt är baserat på användningen av Layer-by-Layer (LbL) deponering av en biopolymer i närvaro av plasmiderna av intresse för att skapa ihåliga mikrokapslar med hög porositet, vilket gör att det skyddade genetiska materialet kan interagera med de olika komponenterna i den valda IVTT. Studien visade att inkapslade plasmider kunde styra transkription och translation när de aktiverades i denna polymera matris, vilket visas med svaret från en plasmidkodad aptamer och en riboswitch till deras motsvarande mål. Dessutom skyddar denna LbL-beläggning plasmiderna i månader utan några speciella lagringsförhållanden.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>(Z)-4-(3,5-difluoro-4-hydroxybenzylidene)-2-methyl-1-(2,2,2-trifluoroethyl)-1H-imidazol-5(4 H)-one (DFHBI-1T)</td>
			<td>Lucerna</td>
			<td>DFHBI-1T</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5x T4 DNA Ligase Buffer</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>46300-018</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6x Blue Gel Loading Dye</td>
			<td>New England BioLabs</td>
			<td>B7021S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>96-well plates, black circular</td>
			<td>Corning</td>
			<td>3601</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Agarose</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A9539</td>
			<td>BioReagent, for molecular biology, low EEO</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ampicillin sodium salt</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A0166</td>
			<td>powder or crystals, BioReagent, suitable for cell culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BlpI restriction enzymes</td>
			<td>New England BioLabs</td>
			<td>R0585S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Corning Disposable Vacuum Filter/Storage Systems</td>
			<td>FisherScientific</td>
			<td>09-761-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dimethyl sulfoxide, DMSO</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>472301</td>
			<td>ACS reagent, &#8805;99.9%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DNA Plasmid, pET28c-F30-2x Broccoli (5.4 kb), BrocApt.</td>
			<td>Addgene</td>
			<td>Plasmid #66788</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DyLightTM550 Antibody Labeling kit (Invitrogen)</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>84530</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>E. coli S30 extract system for circular DNA</td>
			<td>Promega</td>
			<td>L1020</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Falcon Conical centrifuge tubes, 15 mL</td>
			<td>FisherScientific</td>
			<td>14-959-53A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Falcon Conical centrifuge tubes, 50 mL</td>
			<td></td>
			<td>14-432-22</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fisherbrand Microcentrifuge tubes, 1.5 mL</td>
			<td>FisherScientific</td>
			<td>05-408-129</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrofluoric acid, HF</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>695068</td>
			<td>ACS reagent, 48%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kanamycin sulfate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>60615</td>
			<td>mixture of Kanamycin A (main component) and Kanamycin B and C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KpnI restriction enzymes</td>
			<td>New England BioLabs</td>
			<td>R0142S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LB agar plate supplemented with 100 &#181;g/mL ampicillin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>L5667</td>
			<td>pre-poured agar plates with 100 &#181;g/mL ampicillin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LB agar plate supplemented with 50 &#181;g/mL kanamycin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>L0543</td>
			<td>pre-poured agar plates with 50 &#181;g/mL kanamycin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LB broth (Lennox grade)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>L3022</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lithium bromide, LiBr</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>213225</td>
			<td>ReagentPlus, &#8805;99%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Max Efficiency DH5-&#945; competent E. coli strain</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>18258012</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol</td>
			<td>MilliporeSigma</td>
			<td>322415</td>
			<td>anhydrous, 99.8%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MilliQ-water</td>
			<td>EMD MilliPore</td>
			<td></td>
			<td>Milli-Q Reference Water Purification System</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MinElute PCR Purification Kit</td>
			<td>Qiagen</td>
			<td>28004</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N-(3-Dimethylaminopropyl)-N&#8242;-ethylcarbodiimide hydrochloride, EDC</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>E1769</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PBS (phosphate buffered saline)</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>10010023</td>
			<td>1x PBS, pH 7.4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phusion High-Fidelity DNA Polymerase</td>
			<td>New England Biolabs</td>
			<td>M0530S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polyethylenimine, branched</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>408727</td>
			<td>average Mw ~25,000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PURExpress In Vitro Protein Synthesis Kit</td>
			<td>New England BioLabs</td>
			<td>E6800S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>QIAEX II Gel Extraction Kit</td>
			<td>Qiagen</td>
			<td>20021</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>QIAprep Spin Miniprep Kit</td>
			<td>Qiagen</td>
			<td>&#160;27104</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Quick-Load 2-Log DNA Ladder (0.1-10.0 kb)</td>
			<td>New England BioLabs</td>
			<td>N0469S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SiO&#8322; silica microspheres, 4.0 &#181;m</td>
			<td>Polysciences, Inc.</td>
			<td>24331-15</td>
			<td>10% aqueous solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Slide-A-Lyzer G2 Dialysis Cassettes, 3.5K MWCO, 15 mL</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>87724</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium carbonate, Na&#8322;CO&#8323;</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>222321</td>
			<td>ACS reagent, anhydrous, &#8805;99.5%, powder</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spectrum Spectra/Por Float-A-Lyzer G2 Dialysis Devices</td>
			<td>FisherScientific</td>
			<td>08-607-008</td>
			<td>Spectrum G235058</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SYBR Safe DNA gel stain</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>S33102</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>T4 DNA Ligase (5 U/&#181;L)</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>EL0011</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Theophylline</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>T1633</td>
			<td>anhydrous, &#8805;99%, powder</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tris Acetate-EDTA buffer (TAE buffer)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>T6025</td>
			<td>Contains 40 mM Tris-acetate and 1 mM EDTA, pH 8.3.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UltraPure DNase/RNase-Free Distilled Water</td>
			<td>FisherScientific</td>
			<td>10-977-023</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ZymoPURE II Plasmid MaxiPrep kit</td>
			<td>ZymoResearch</td>
			<td>D4202</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

preparation of multifunctional silk-based microcapsules loaded with dna plasmids encoding rna aptamers and riboswitches

Vi introducerar ett protokoll för beredning av DNA-laddade mikrokapslar av silkesfibroin via monteringsmetoden Layer-by-Layer (LbL) på offersfäriska kärnor. Efter adsorption av ett primlager och DNA-plasmider underlättades bildandet av robusta mikrokapslar genom att inducera β-ark i silkes sekundära struktur under akut uttorkning av ett enda silkeskikt. Därför skedde skiktningen via flera vätebindningar och hydrofoba interaktioner. Vid adsorption av flerskiktade skal kan kärnskalstrukturerna funktionaliseras ytterligare med guldnanopartiklar (AuNP) och/eller antikroppar (IgG) för användning för fjärranalys och/eller riktad leverans. Justering av flera nyckelparametrar under sekventiell deponering av viktiga makromolekyler på kiseldioxidkärnor såsom närvaron av en polymerprimer, koncentrationen av DNA och silkeprotein, samt ett antal adsorberade skikt resulterade i biokompatibla, DNA-laddade mikrokapslar med variabel permeabilitet och DNA-belastning. Vid upplösning av kiseldioxidkärnor visade protokollet bildandet av ihåliga och robusta mikrokapslar med DNA-plasmider immobiliserade till kapselmembranets inre yta. Genom att skapa ett selektivt permeabelt biokompatibelt membran mellan DNA-plasmiderna och den yttre miljön bevarades DNA under långvarig lagring och spelade en viktig roll i det förbättrade utgångssvaret från rumsligt begränsade plasmider. DNA-mallarnas aktivitet och tillgänglighet testades under in vitro-transkription och translationsreaktioner (cellfria system). DNA-plasmider som kodar för RNA-upplysta aptamerer och riboswitchar aktiverades framgångsrikt med motsvarande analyter, vilket visualiserades under lokalisering av fluorescerande märkta RNA-transkript eller GFPa1-protein i skalmembranen.

Här behandlar studien funktionaliteten hos DNA-mallar som kodar för olika sensordesigner (två typer av RNA-reglerade transkriptions-/translationselement) efter inkapsling i silkeproteinkapslar. Mikrokapslar framställdes via mallad Layer-by-Layer (LbL) -montering av nyckelkomponenterna: Ett primlager, DNA-plasmider som kodar för sensordesign och silkesfibroinbiopolymer (figur 2). Deponering av makromolekyler på ett skiktat sätt möjliggör kontroll av kapselmembranets permeabilitet bas...

Watch this Scientific Journal Video about Preparation of Multifunctional Silk-Based Microcapsules Loaded with DNA Plasmids Encoding RNA Aptamers and Riboswitches at JoVE.com

Preparation of Multifunctional Silk-Based Microcapsules Loaded with DNA Plasmids Encoding RNA Aptamers and Riboswitches

Protokollet beskriver bildandet av robusta och biokompatibla DNA-laddade mikrokapslar som multiplexerade in vitro-biosensorer som kan spåra flera ligander.

Framställning av multifunktionella silkebaserade mikrokapslar laddade med DNA-plasmider som kodar för RNA-aptamerer och riboswitchar

We introduce a protocol for the preparation of DNA-laden silk fibroin microcapsules via the Layer-by-Layer (LbL) assembly method on sacrificial spherical ...

Research

JoVE Journal

Biology

Homemade Site Directed Mutagenesis of Whole Plasmids

Homemade Site Riktad mutagenes av Whole Plasmids

Site directed mutagenesis of whole plasmids is a simple way to create slightly different variations of an original plasmid. With this method the cloned ...

Visualizing Single-molecule DNA Replication with Fluorescence Microscopy

Visualisera enda molekyl DNA-replikering med fluorescensmikroskopi

We describe a simple fluorescence microscopy-based real-time method for observing DNA replication at the single-molecule level. A circular, forked DNA ...

Generation of RNA/DNA Hybrids in Genomic DNA by Transformation using RNA-containing Oligonucleotides

Generering av RNA / DNA-hybrider i Genomiskt DNA genom omvandling med hjälp av RNA-innehållande oligonukleotider

Synthetic short nucleic acid polymers, oligonucleotides (oligos), are the most functional and widespread tools of molecular biology. Oligos can be ...

iCLIP - Transcriptome-wide Mapping of Protein-RNA Interactions with Individual Nucleotide Resolution

iCLIP - transkriptom hela Kartläggning av protein-RNA interaktioner med individuella Nukleotid Upplösning

The unique composition and spatial arrangement of RNA-binding proteins (RBPs) on a transcript guide the diverse aspects of post-transcriptional ...

In vitro Transcription and Capping of Gaussia Luciferase mRNA Followed by HeLa Cell Transfection

In vitro Transcription and Capping of Gaussia Luciferase mRNA Followed by HeLa Cell Transfection

In vitro transkription och begränsning av Gaussia Luciferas mRNA Följt av HeLa celltransfektion

In vitro transcription is the synthesis of RNA transcripts by RNA polymerase from a linear DNA template containing the corresponding promoter sequence ...

Preparation of DNA-crosslinked Polyacrylamide Hydrogels

Framställning av DNA-tvärbundet Polyacrylamide Hydrogeler

Mechanobiology is an emerging scientific area that addresses the critical role of physical cues in directing cell morphology and function. For example, ...

Real-time Imaging of Single Engineered RNA Transcripts in Living Cells Using Ratiometric Bimolecular Beacons

Realtid avbildning av Single Engineered RNA transkript hos levande celler Använda Propportionell bimolekylär Beacons

The growing realization that both the temporal and spatial regulation of gene expression can have important consequences on cell function has led to the ...

Amplification, Next-generation Sequencing, and Genomic DNA Mapping of Retroviral Integration Sites

Förstärkning, Nästa generations sekvensering, och Genomic DNA Kartläggning av retroviral integration webbplatser

Retroviruses exhibit signature integration preferences on both the local and global scales. Here, we present a detailed protocol for (1) generation of ...

Visualization of Surface-tethered Large DNA Molecules with a Fluorescent Protein DNA Binding Peptide

Visualisering av Surface-tjudrade stora DNA-molekyler med ett fluorescerande protein-DNA-bindande peptid

Large DNA molecules tethered on the functionalized glass surface have been utilized in polymer physics and biochemistry particularly for investigating ...

Preparation of Formalin-fixed Paraffin-embedded Tissue Cores for both RNA and DNA Extraction

Framställning av formalinfixerade paraffininbäddade vävnads Cores för både RNA och DNA-extraktion

Formalin-fixed paraffin embedded tissue (FFPET) represents a valuable, well-annotated substrate for molecular investigations. The utility of FFPET in ...