Proteinarmeringsjern kunne hjælpe med at lave fejlfrie nanostrukturer

DNA er livets ting, men det er også nanoteknologiens ting. Fordi molekyler af DNA med komplementære kemiske strukturer genkender og binder til hinanden, DNA-strenge kan passe sammen som legoklodser for at lave objekter i nanoskala med kompleks form og struktur.

Men forskere er nødt til at arbejde med meget større samlinger af DNA for at realisere et nøglemål:at bygge holdbare miniature-enheder såsom biosensorer og medicinudleveringsbeholdere. Det har været svært, fordi lange kæder af DNA er floppy, og standardmetoden til at samle lange kæder er tilbøjelig til at fejle.

Ved at bruge et DNA-bindende protein kaldet RecA som en slags armeringsjern i nanoskala, eller armeringsjern, for at understøtte det diskette DNA-stillads, forskere ved National Institute of Standards and Technology (NIST) har konstrueret flere af de største rektangulære, lineære og andre former, der nogensinde er samlet fra DNA. Strukturerne kan være to til tre gange større end dem, der er bygget ved hjælp af standard DNA-selvsamlingsteknikker.

Ud over, fordi den nye metode kræver færre kemisk adskilte stykker til at bygge organiserede strukturer end standardteknikken, kendt som DNA origami, det vil sandsynligvis reducere antallet af fejl i konstruktionen af ​​formerne. Det er et stort plus for bestræbelserne på at producere pålidelige DNA-baserede enheder i store mængder, sagde NIST-forsker Alex Liddle.

Selvom RecAs evne til at binde til dobbeltstrenget DNA har været kendt i årevis, NIST-holdet er det første til at integrere filamenter af dette protein i samlingen af ​​DNA-strukturer. Tilføjelsen af ​​RecA giver en særlig fordel:Når én enhed af proteinet binder til et lille segment af dobbeltstrenget DNA, den tiltrækker automatisk andre enheder til at stille op ved siden af ​​den, på samme måde som stangmagneter vil slutte sig ende-til-ende. Som mursten, der udfylder et fundament, RecA linjer hele DNA -strengens længde, strække, udvide og styrke det. En diskette, 2 nanometer bred DNA-streng kan transformeres til en stiv struktur, der er mere end fire gange så bred.

"RecA-metoden udvider i høj grad evnen til DNA-selvsamlingsmetoder til at bygge større og mere sofistikerede strukturer, " sagde NIST's Daniel Schiffels.

Schiffels, Liddle og deres kollega Veronika Szalai beskriver deres arbejde i en nylig artikel i ACS Nano .

Den nye metode inkorporerer DNA origami -teknikken og går ud over den, ifølge Liddle. I DNA origami, korte DNA-strenge, der har en specifik sekvens på fire basepar, bruges som hæfteklammer til at binde lange sektioner af DNA sammen. For at gøre det tynde DNA-skelet stærkere og tykkere, strengen kan sløjfe tilbage på sig selv, hurtigt at bruge den lange snor.

Hvis DNA-origami handler om foldning, Liddle sammenlignede sit teams nye metode til at bygge et værelse, starter med en plantegning. Placeringen af ​​den korte, enkeltstrengede stykker DNA, der fungerer som hæfteklammer, markerer hjørnerne af rummet. Mellem hjørnerne ligger en lang, tyndt stykke enkeltstrenget DNA. Enzymet DNA-polymerase omdanner en sektion af det lange stykke enkeltstrenget DNA til den dobbeltstrengede version af molekylet, et nødvendigt skridt, fordi RecA kun binder stærkt til dobbeltstrenget DNA. Så samles RecA langs hele den dobbelte streng, forstærker DNA-strukturen og begrænser behovet for ekstra hæfteklammer for at bevare dens form.

Med færre hæfteklammer påkrævet, RecA-metoden er sandsynligvis i stand til at bygge organiserede strukturer med færre fejl end DNA-origami, sagde Liddle.