Автоматизация ДНК-оригами открывает двери для множества новых применений: как трехмерная печать для более крупных объектов, метод позволяет легко создавать наночастицы из ДНК

Это ограничило технику, известную как ДНК-оригами, лишь небольшой группой экспертов в этой области.
Теперь команда исследователей из Массачусетского технологического института и других организаций разработала алгоритм, который может автоматически создавать наночастицы ДНК.

Таким образом, алгоритм, о котором сообщается вместе с новым подходом к синтезу в журнале Science на этой неделе, может позволить использовать эту технику для разработки наночастиц для гораздо более широкого круга приложений, включая каркасы для вакцин, носители для инструментов редактирования генов. , и в хранилище архивной памяти.
По словам Марка, в отличие от традиционного ДНК-оригами, в котором структура создается вручную вручную, алгоритм начинается с простого трехмерного геометрического представления окончательной формы объекта, а затем решает, как его следует собрать из ДНК. Батхе, доцент кафедры биологической инженерии Массачусетского технологического института, который руководил исследованием.
«В статье проблема меняется от той, в которой эксперт конструирует ДНК, необходимую для синтеза объекта, к той, в которой сам объект является отправной точкой, а последовательности ДНК, которые необходимы, автоматически определяются алгоритмом», – говорит Бат. «Мы надеемся, что эта автоматизация значительно расширит участие других в использовании этой мощной парадигмы молекулярного дизайна."

Алгоритм сначала представляет объект как идеально гладкий непрерывный контур его поверхности. Затем он разбивает поверхность на ряд многоугольных форм.

Затем он направляет длинную одиночную цепь ДНК, называемую каркасом, которая действует как кусок нити, по всей структуре, чтобы удерживать ее вместе.

По словам Бата, алгоритм сплетает каркас за один быстрый и эффективный шаг, который можно использовать для любой формы трехмерного объекта.
«Этот [шаг] является мощной частью алгоритма, потому что он не требует никакого ручного или человеческого интерфейса, и он гарантированно очень эффективно работает для любого трехмерного объекта», – говорит он.
Алгоритм, известный как DAEDALUS (Алгоритм проектирования последовательности ДНК оригами для пользовательских структур) в честь греческого мастера и художника, спроектировавшего лабиринты, напоминающие сложные строительные леса оригами, может построить любой тип трехмерной формы при условии, что он имеет закрытая поверхность.

Это может быть форма с одним или несколькими отверстиями, например тор.
Напротив, предыдущий алгоритм, опубликованный в прошлом году в журнале Nature, способен только проектировать и строить поверхности сферических объектов, и даже в этом случае требует ручного вмешательства.

Стратегия команды по разработке и синтезу наночастиц ДНК была также подтверждена с использованием трехмерных криоэлектронных реконструкций, выполненных сотрудником Бата, Вах Чиу из Медицинского колледжа Бейлора.
В настоящее время исследователи изучают ряд применений наночастиц ДНК, созданных с помощью алгоритма DAEDALUS.

Одним из таких приложений является каркас для вирусных пептидов и белков для использования в качестве вакцин.
Поверхность наночастиц может быть сконструирована с использованием любой комбинации пептидов и белков, расположенных в любом желаемом месте на структуре, чтобы имитировать способ, которым вирус проявляется в иммунной системе организма.

Исследователи продемонстрировали, что наночастицы ДНК стабильны в сыворотке более шести часов, и теперь пытаются еще больше повысить их стабильность.
Наночастицы также могут быть использованы для инкапсуляции инструмента редактирования генов CRISPR-Cas9. Инструмент CRISPR-Cas9 обладает огромным терапевтическим потенциалом благодаря его способности редактировать целевые гены. Тем не менее, существует значительная потребность в разработке методов упаковки инструмента и доставки его к конкретным клеткам в организме, – говорит Бат.

В настоящее время это делается с использованием вирусов, но они ограничены размером пакета, который они могут нести, что ограничивает их использование. Наночастицы ДНК, напротив, способны нести гораздо большие пакеты генов и могут быть легко снабжены молекулами, которые помогают нацеливаться на нужные клетки или ткани.
Команда также исследует использование наночастиц в качестве блоков памяти ДНК. Предыдущие исследования показали, что информация может храниться в ДНК аналогично 0 и 1, используемым для хранения данных в цифровом виде.

Информация, которая должна быть сохранена, «записывается» с использованием синтеза ДНК, а затем может быть считана с помощью технологии секвенирования ДНК.
Использование наночастиц ДНК позволит хранить эту информацию в структурированном и защищенном виде, при этом каждая частица похожа на страницу или главу книги.

Вспомнить конкретную главу или книгу было бы так же просто, как прочитать личность этой наночастицы, что-то вроде использования учетных карточек библиотеки, говорит Бат.
Самым захватывающим аспектом работы, однако, является то, что она должна значительно расширить участие в применении этой технологии, говорит Бэт, так же, как трехмерная печать сделала для сложных трехмерных геометрических моделей в макроскопическом масштабе.

Блог автомобилиста