Forskere beskriver, hvordan man kontrollerer formen, struktur af DNA og RNA

Forskere ved North Carolina State University har brugt beregningsmodeller til at kaste lys over præcis, hvordan ladede guldnanopartikler påvirker strukturen af ​​DNA og RNA - hvilket kan føre til nye teknikker til at manipulere disse genetiske materialer.

Arbejdet lover at udvikle applikationer, der kan lagre og transportere genetisk information, skabe brugerdefinerede stilladser til bioelektronik og skabe nye teknologier til levering af lægemidler.

"I naturen, meter DNA er pakket tæt ind i hver levende celle, " siger Jessica Nash, en ph.d. studerende ved NC State og hovedforfatter på et papir om arbejdet. "Dette er muligt, fordi DNA'et er viklet tæt omkring et positivt ladet protein kaldet en histon. Vi vil gerne være i stand til at forme DNA ved hjælp af en lignende tilgang, der erstatter histonen med en ladet guldnanopartikel. Så vi brugte beregningsteknikker til at bestemme præcis hvordan forskellige ladninger påvirker krumningen af ​​nukleinsyrer - DNA og RNA."

I deres model, forskerne manipulerede ladningen af ​​guldnanopartiklerne ved at tilføje eller fjerne positivt ladede ligander – organiske molekyler knyttet til overfladen af ​​nanopartiklerne. Dette gjorde det muligt for dem at bestemme, hvordan nukleinsyren reagerede på hvert ladningsniveau. En animation af en nanopartikel og ligander, der former en DNA-streng, er tilgængelig på www.youtube.com/watch?v=kNpvPy … bmc&feature=youtu.be.

"Dette vil lade forskerne vide, hvad de kan forvente - hvor meget ladning de har brug for for at få den ønskede krumning i nukleinsyren, " siger Yaroslava Yingling, en lektor i materialevidenskab og teknik ved NC State og tilsvarende forfatter til papiret.

"Vi brugte ligander i modellen, men der er andre måder at manipulere ladningen af ​​nanopartikler på, " siger Abhishek Singh, en postdoc-forsker ved NC State og medforfatter til papiret. "For eksempel, hvis nanopartikler og nukleinsyre er i opløsning, du kan ændre ladningen ved at ændre pH i opløsningen."

Arbejdet er også vigtigt, fordi det fremhæver, hvor langt computational research er nået inden for materialevidenskab.

"Vores store modeller udgør hvert atom, der er involveret i processen, " siger Nan Li, en ph.d. studerende ved NC State og medforfatter til papiret. "Dette er et eksempel på, hvordan vi kan bruge avanceret computerhardware, såsom GPU'er - eller grafikbehandlingsenheder - udviklet til brug i videospil, at udføre state-of-the-art videnskabelige simuleringer."

Forskerholdet bygger nu på disse resultater for at designe nye nanopartikler med forskellige former og overfladekemi for at få endnu mere kontrol over nukleinsyrernes form og struktur.

"Ingen har været i nærheden af ​​at matche naturens effektivitet, når det kommer til indpakning og udpakning af nukleinsyrer, " siger Yingling. "Vi forsøger at fremme vores forståelse af, præcis hvordan det virker."