ДНК-нанотехнология
Разработка и производство искусственных структур нуклеиновых кислот для технологических целей

Часть серии статей на тему
Молекулярная самосборка
ДНК-нанотехнология включает в себя формирование искусственных, спроектированных наноструктур из нуклеиновых кислот , таких как этот тетраэдр ДНК . [1] Каждое ребро тетраэдра представляет собой двойную спираль ДНК из 20 пар оснований , а каждая вершина представляет собой трехплечевое соединение. 4 нити ДНК, которые образуют 4 тетраэдрические грани, имеют цветовую кодировку.

ДНК-нанотехнология — это проектирование и производство искусственных структур нуклеиновых кислот для технологических целей. В этой области нуклеиновые кислоты используются в качестве небиологических инженерных материалов для нанотехнологий, а не в качестве носителей генетической информации в живых клетках . Исследователи в этой области создали статические структуры, такие как двух- и трехмерные кристаллические решетки , нанотрубки , многогранники и произвольные формы, а также функциональные устройства, такие как молекулярные машины и ДНК-компьютеры . Область начинает использоваться в качестве инструмента для решения фундаментальных научных проблем в структурной биологии и биофизике , включая приложения в рентгеновской кристаллографии и ядерно-магнитной резонансной спектроскопии белков для определения структур. Также изучаются потенциальные приложения в молекулярной электронике и наномедицине .

Концептуальная основа ДНК-нанотехнологии была впервые заложена Надрианом Симаном в начале 1980-х годов, и область начала привлекать широкий интерес в середине 2000-х годов. Такое использование нуклеиновых кислот стало возможным благодаря их строгим правилам спаривания оснований , которые заставляют только части нитей с комплементарными последовательностями оснований связываться вместе, образуя прочные, жесткие структуры двойной спирали . Это позволяет рационально проектировать последовательности оснований , которые будут выборочно собираться, образуя сложные целевые структуры с точно контролируемыми наномасштабными характеристиками. Для создания этих структур используется несколько методов сборки, включая структуры на основе плиток, которые собираются из более мелких структур, складчатые структуры с использованием метода ДНК-оригами и динамически реконфигурируемые структуры с использованием методов смещения нитей. Название области конкретно ссылается на ДНК , но те же принципы использовались и с другими типами нуклеиновых кислот, что привело к периодическому использованию альтернативного названия нанотехнология нуклеиновых кислот .

История

Концептуальная основа ДНК-нанотехнологии была впервые заложена Надрианом Симаном в начале 1980-х годов. [2] Первоначальная мотивация Симана состояла в создании трехмерной решетки ДНК для ориентации других крупных молекул, что упростило бы их кристаллографическое исследование за счет устранения сложного процесса получения чистых кристаллов. Сообщается, что эта идея пришла ему в голову в конце 1980-х годов после осознания сходства между гравюрой на дереве Depth М. К. Эшера и массивом шестилучевых соединений ДНК. [3] [4] В то время было известно несколько естественных разветвленных структур ДНК, включая репликативную вилку ДНК и подвижное соединение Холлидея , но идея Симана заключалась в том, что неподвижные соединения нуклеиновых кислот могут быть созданы путем правильного проектирования последовательностей нитей для удаления симметрии в собранной молекуле, и что эти неподвижные соединения в принципе могут быть объединены в жесткие кристаллические решетки. Первая теоретическая работа, предлагающая эту схему, была опубликована в 1982 году, а первая экспериментальная демонстрация неподвижного соединения ДНК была опубликована в следующем году. [5] [6]

Гравюра на дереве Depth (на фото) М. К. Эшера, как сообщается, вдохновила Надриана Симана рассмотреть возможность использования трехмерных решеток ДНК для ориентации труднокристаллизуемых молекул. Это привело к началу области ДНК-нанотехнологий.

В 1991 году лаборатория Симана опубликовала отчет о синтезе куба из ДНК, первой синтетической трехмерной наноструктуры нуклеиновой кислоты, за которую он получил премию Фейнмана по нанотехнологиям 1995 года . За этим последовал усеченный октаэдр ДНК . Вскоре стало ясно, что эти структуры, многоугольные формы с гибкими соединениями в качестве вершин , недостаточно жесткие, чтобы образовывать протяженные трехмерные решетки. Симан разработал более жесткий структурный мотив двойного кроссовера (DX) , и в 1998 году в сотрудничестве с Эриком Уинфри опубликовал создание двумерных решеток из плиток DX. [3] [2] [7] Эти структуры на основе плиток имели то преимущество, что они обеспечивали возможность реализации ДНК-вычислений, что было продемонстрировано Уинфри и Полом Ротемундом в их статье 2004 года об алгоритмической самосборке структуры прокладки Серпинского, и за которую они разделили премию Фейнмана 2006 года в области нанотехнологий. Ключевое открытие Уинфри состояло в том, что плитки DX можно использовать как плитки Вана , что означает, что их сборка может выполнять вычисления. [2] Синтез трехмерной решетки был наконец опубликован Симаном в 2009 году, почти через тридцать лет после того, как он намеревался достичь этого. [8]

Новые возможности продолжали открываться для спроектированных структур ДНК на протяжении 2000-х годов. Первая ДНК-наномашина — мотив, который изменяет свою структуру в ответ на вход — была продемонстрирована в 1999 году Симаном. Улучшенная система, которая была первым устройством нуклеиновой кислоты, использующим смещение нити, опосредованное точкой опоры, была продемонстрирована Бернардом Юрке в 2000 году. [9] Следующим шагом вперед стало преобразование этого в механическое движение, и в 2004 и 2005 годах несколько систем ДНК-ходок были продемонстрированы группами Симана, Найлза Пирса , Эндрю Терберфилда и Чэндэ Мао. [10] Идея использования массивов ДНК для шаблонизации сборки других молекул, таких как наночастицы и белки, впервые предложенная Брюшем Робинсоном и Симаном в 1987 году, [11] была продемонстрирована в 2002 году Симаном, Килем и др. [12] и впоследствии многими другими группами.

В 2006 году Ротемунд впервые продемонстрировал метод ДНК-оригами для легкого и надежного формирования складчатых структур ДНК произвольной формы. Ротемунд задумал этот метод как концептуально промежуточный между решетками DX Зеемана, которые использовали много коротких нитей, и ДНК-октаэдром Уильяма Ши, который состоял в основном из одной очень длинной нити. ДНК-оригами Ротемунда содержит длинную нить, сворачиванию которой способствуют несколько коротких нитей. Этот метод позволил формировать гораздо более крупные структуры, чем это было возможно ранее, и которые менее технически сложны для проектирования и синтеза. [7] ДНК-оригами было главной темой журнала Nature 15 марта 2006 года. [13] За исследованиями Ротемунда, демонстрирующими двумерные структуры ДНК-оригами, последовала демонстрация Дугласом и др. сплошных трехмерных ДНК-оригами. в 2009 году [14] , в то время как лаборатории Йоргена Кьемса и Яна продемонстрировали полые трехмерные структуры, сделанные из двумерных граней. [8]

ДНК-нанотехнология изначально была встречена с некоторым скептицизмом из-за необычного небиологического использования нуклеиновых кислот в качестве материалов для строительства структур и выполнения вычислений, а также преобладания экспериментов по доказательству принципа , которые расширили возможности области, но были далеки от фактического применения. Статья Симана 1991 года о синтезе куба ДНК была отклонена журналом Science после того, как один рецензент похвалил ее оригинальность, а другой раскритиковал ее за отсутствие биологической значимости. [15] К началу 2010-х годов считалось, что область расширила свои возможности до такой степени, что приложения для фундаментальных научных исследований начали реализовываться, а практические приложения в медицине и других областях начали считаться осуществимыми. [8] [16] Область выросла с очень немногих активных лабораторий в 2001 году до по крайней мере 60 в 2010 году, что увеличило кадровый резерв и, таким образом, количество научных достижений в этой области за это десятилетие. [17]


Фундаментальные концепции

Эти четыре нити объединяются в четырехцепочечное соединение ДНК, поскольку эта структура максимизирует количество правильных пар оснований , при этом A соответствует T , а C соответствует G. [18] [3] На этом изображении представлена ​​более реалистичная модель четырехцепочечного соединения, демонстрирующая его третичную структуру .
Этот двойной кроссовер (DX) супрамолекулярный комплекс состоит из пяти одиночных цепей ДНК , которые образуют два домена двойной спирали , сверху и снизу на этом изображении. Есть две точки кроссовера, где цепи переходят из одного домена в другой. [18]

Свойства нуклеиновых кислот

Нанотехнология часто определяется как изучение материалов и устройств с характеристиками в масштабе ниже 100 нанометров . ДНК-нанотехнология, в частности, является примером молекулярной самосборки снизу вверх , в которой молекулярные компоненты спонтанно организуются в стабильные структуры; конкретная форма этих структур индуцируется физическими и химическими свойствами компонентов, выбранных дизайнерами. [19] В ДНК-нанотехнологии компонентными материалами являются нити нуклеиновых кислот, таких как ДНК; эти нити часто являются синтетическими и почти всегда используются вне контекста живой клетки. ДНК хорошо подходит для наномасштабного строительства, поскольку связывание между двумя нитями нуклеиновых кислот зависит от простых правил спаривания оснований , которые хорошо понятны, и образуют конкретную наномасштабную структуру двойной спирали нуклеиновой кислоты . Эти качества позволяют легко контролировать сборку структур нуклеиновых кислот с помощью дизайна нуклеиновых кислот . Это свойство отсутствует в других материалах, используемых в нанотехнологиях, включая белки , для которых проектирование белков очень сложно, и наночастицы , которые не обладают способностью к самостоятельной специфической сборке. [5]

Структура молекулы нуклеиновой кислоты состоит из последовательности нуклеотидов, отличающихся тем, какое нуклеиновое основание они содержат. В ДНК присутствуют четыре основания: аденин (A), цитозин (C), гуанин (G) и тимин (T). Нуклеиновые кислоты обладают свойством, что две молекулы будут связываться друг с другом, образуя двойную спираль, только если две последовательности комплементарны , что означает, что они образуют соответствующие последовательности пар оснований, при этом A связывается только с T, а C — только с G. [5] [20] Поскольку образование правильно соответствующих пар оснований энергетически выгодно , ожидается, что нити нуклеиновой кислоты в большинстве случаев будут связываться друг с другом в конформации, которая максимизирует количество правильно спаренных оснований. Таким образом, последовательности оснований в системе нитей определяют схему связывания и общую структуру легко контролируемым образом. В ДНК-нанотехнологии последовательности оснований нитей рационально проектируются исследователями таким образом, чтобы взаимодействия пар оснований приводили к сборке нитей в желаемой конформации. [3] [5] Хотя ДНК является доминирующим используемым материалом, также были созданы структуры, включающие другие нуклеиновые кислоты, такие как РНК и пептидонуклеиновая кислота (ПНК). [21] [22]

Подполя

ДНК-нанотехнологию иногда делят на два пересекающихся подполя: структурная ДНК-нанотехнология и динамическая ДНК-нанотехнология. Структурная ДНК-нанотехнология, иногда сокращенно SDN, фокусируется на синтезе и характеристике комплексов нуклеиновых кислот и материалов, которые собираются в статическое, равновесное конечное состояние. С другой стороны, динамическая ДНК-нанотехнология фокусируется на комплексах с полезным неравновесным поведением, таким как способность перестраиваться на основе химического или физического стимула. Некоторые комплексы, такие как наномеханические устройства нуклеиновых кислот, сочетают в себе черты как структурных, так и динамических подполей. [23] [24]

Комплексы, построенные в структурной ДНК-нанотехнологии, используют топологически разветвленные структуры нуклеиновых кислот, содержащие соединения. (В отличие от этого, большая часть биологической ДНК существует в виде неразветвленной двойной спирали .) Одной из простейших разветвленных структур является четырехплечевое соединение, которое состоит из четырех отдельных цепей ДНК, части которых комплементарны в определенном шаблоне. В отличие от естественных соединений Холлидея , каждое плечо в искусственном неподвижном четырехплечевом соединении имеет различную последовательность оснований , в результате чего точка соединения фиксируется в определенном положении. Несколько соединений могут быть объединены в одном комплексе, например, в широко используемом структурном мотиве двойного кроссовера (DX) , который содержит два параллельных двойных спиральных домена с отдельными цепями, пересекающимися между доменами в двух точках кроссовера. Каждая точка кроссовера топологически является четырехплечевым соединением, но ограничено одной ориентацией, в отличие от гибкого одиночного четырехплечевого соединения, что обеспечивает жесткость, которая делает мотив DX подходящим в качестве структурного строительного блока для более крупных комплексов ДНК. [3] [5]

Динамическая ДНК-нанотехнология использует механизм, называемый смещением нити, опосредованным точкой опоры , чтобы позволить комплексам нуклеиновых кислот перестраиваться в ответ на добавление новой нити нуклеиновой кислоты. В этой реакции входящая нить связывается с одноцепочечной областью точки опоры двухцепочечного комплекса, а затем смещает одну из нитей, связанных в исходном комплексе, посредством процесса миграции ветвей . Общий эффект заключается в том, что одна из нитей в комплексе заменяется другой. [23] Кроме того, реконфигурируемые структуры и устройства могут быть созданы с использованием функциональных нуклеиновых кислот, таких как дезоксирибозимы и рибозимы , которые могут выполнять химические реакции, и аптамеры , которые могут связываться со специфическими белками или малыми молекулами. [25]

Структурная ДНК-нанотехнология

Структурная ДНК-нанотехнология, иногда сокращенно SDN, фокусируется на синтезе и характеристике комплексов нуклеиновых кислот и материалов, где сборка имеет статическую, равновесную конечную точку. Двойная спираль нуклеиновой кислоты имеет надежную, определенную трехмерную геометрию, которая позволяет моделировать, [26] предсказывать и проектировать структуры более сложных комплексов нуклеиновых кислот. Было создано много таких структур, включая двух- и трехмерные структуры, а также периодические, апериодические и дискретные структуры. [24]

Расширенные решетки

Сборка массива DX. Слева , схематическая диаграмма. Каждый столбик представляет собой домен двойной спирали ДНК , а формы представляют собой комплементарные липкие концы . Комплекс DX наверху будет объединяться с другими комплексами DX в двумерный массив, показанный внизу. [18] Справа , изображение собранного массива, полученное с помощью атомно-силовой микроскопии . Отдельные плитки DX четко видны внутри собранной структуры. Поле имеет поперечник 150  нм .
Слева — модель ДНК-плитки, используемой для создания еще одной двумерной периодической решетки. Справа — атомно-силовая микрофотография собранной решетки. [27] [28]
Пример апериодической двумерной решетки, которая собирается во фрактальный узор. Слева — фрактал салфетки Серпинского . Справа — ДНК-массивы, на поверхности которых отображается представление салфетки Серпинского [29]

Небольшие комплексы нуклеиновых кислот могут быть снабжены липкими концами и объединены в более крупные двумерные периодические решетки, содержащие определенный мозаичный рисунок отдельных молекулярных плиток. [24] Самый ранний пример этого использовал комплексы двойного кроссинговера (DX) в качестве основных плиток, каждая из которых содержала четыре липких конца, разработанных с последовательностями, которые заставляли единицы DX объединяться в периодические двумерные плоские листы, которые по сути являются жесткими двумерными кристаллами ДНК. [30] [31] Двумерные массивы были сделаны также из других мотивов, включая ромбовидную решетку Холлидея [32] и различные массивы на основе DX, использующие схему двойной когезии. [33] [34] На двух верхних изображениях справа показаны примеры периодических решеток на основе плиток.

Двумерные массивы могут быть созданы для демонстрации апериодических структур, сборка которых реализует определенный алгоритм, демонстрируя одну из форм ДНК-вычислений. [17] Плитки DX могут иметь свои липкие конечные последовательности, выбранные так, чтобы они действовали как плитки Вана , что позволяет им выполнять вычисления. Был продемонстрирован массив DX, сборка которого кодирует операцию XOR ; это позволяет массиву ДНК реализовать клеточный автомат , который генерирует фрактал , известный как сальник Серпинского . Третье изображение справа показывает этот тип массива. [29] Другая система имеет функцию двоичного счетчика , отображая представление увеличивающихся двоичных чисел по мере его роста. Эти результаты показывают, что вычисления могут быть включены в сборку массивов ДНК. [35]

Массивы DX были созданы для формирования полых нанотрубок диаметром 4–20  нм , по сути двумерных решеток, которые изгибаются сами по себе. [36] Эти ДНК-нанотрубки по размеру и форме несколько похожи на углеродные нанотрубки , и хотя у них отсутствует электропроводность углеродных нанотрубок, ДНК-нанотрубки легче модифицировать и соединять с другими структурами. Одна из многих схем построения ДНК-нанотрубок использует решетку изогнутых плиток DX, которая закручивается вокруг себя и закрывается в трубку. [37] В альтернативном методе, который позволяет задавать окружность простым модульным способом с использованием одноцепочечных плиток, жесткость трубки является возникающим свойством . [38]

Формирование трехмерных решеток ДНК было самой ранней целью ДНК-нанотехнологии, но это оказалось одной из самых сложных для реализации. Успех с использованием мотива, основанного на концепции тенсегрити , баланса между силами растяжения и сжатия, был наконец зарегистрирован в 2009 году. [17] [39]

Дискретные структуры

Исследователи синтезировали множество трехмерных комплексов ДНК, каждый из которых имеет связность многогранника , например, куба или октаэдра , что означает, что дуплексы ДНК отслеживают края многогранника с ДНК-соединением в каждой вершине. [6] Самые ранние демонстрации ДНК-многогранников были очень трудоемкими, требуя множественных лигирований и этапов твердофазного синтеза для создания катенированных многогранников. [40] Последующие работы дали многогранники, синтез которых был намного проще. К ним относятся ДНК-октаэдр, сделанный из длинной одиночной нити, предназначенной для складывания в правильную конформацию, [41] и тетраэдр, который можно получить из четырех нитей ДНК за один шаг, изображенный в верхней части этой статьи. [1]

Наноструктуры произвольных, нерегулярных форм обычно изготавливаются с использованием метода ДНК-оригами . Эти структуры состоят из длинной, естественной вирусной нити в качестве «леса», который складывается в желаемую форму с помощью вычислительно спроектированных коротких «скрепочных» нитей. Этот метод имеет преимущества в том, что его легко проектировать, так как последовательность оснований предопределена последовательностью нити леска, и он не требует высокой чистоты нити и точной стехиометрии , как большинство других методов ДНК-нанотехнологии. ДНК-оригами впервые было продемонстрировано для двумерных фигур, таких как смайлик , грубая карта Западного полушария и картина Моны Лизы. [6] [13] [42] Твердые трехмерные структуры могут быть созданы с использованием параллельных спиралей ДНК, расположенных в виде сот, [14] а структуры с двумерными гранями могут быть сложены в полую общую трехмерную форму, похожую на картонную коробку. Их можно запрограммировать на открытие и обнаружение или высвобождение молекулярного груза в ответ на стимул, что делает их потенциально полезными в качестве программируемых молекулярных клеток . [43] [44]

Шаблонная сборка

Структуры нуклеиновых кислот могут быть созданы для включения молекул, отличных от нуклеиновых кислот, иногда называемых гетероэлементами, включая белки, металлические наночастицы, квантовые точки , амины , [45] и фуллерены . Это позволяет создавать материалы и устройства с диапазоном функциональностей, намного большим, чем это возможно с одними нуклеиновыми кислотами. Цель состоит в том, чтобы использовать самосборку структур нуклеиновых кислот для шаблонизации сборки наночастиц, размещенных на них, контролируя их положение и в некоторых случаях ориентацию. [6] [46] Многие из этих схем используют схему ковалентного присоединения, используя олигонуклеотиды с амидными или тиольными функциональными группами в качестве химической ручки для связывания гетероэлементов. Эта схема ковалентного связывания использовалась для размещения золотых наночастиц на основе массива DX, [47] и для размещения молекул белка стрептавидина в определенных узорах на массиве DX. [48] ​​Нековалентная схема размещения с использованием полиамидов Dervan на массиве DX была использована для размещения белков стрептавидина в определенном шаблоне на массиве DX. [49] Углеродные нанотрубки были размещены на массивах ДНК в шаблоне, позволяющем сборке действовать как молекулярное электронное устройство, полевой транзистор на основе углеродных нанотрубок . [50] Кроме того, существуют методы металлизации нуклеиновых кислот, в которых нуклеиновая кислота заменяется металлом, который принимает общую форму исходной структуры нуклеиновой кислоты, [51] и схемы использования наноструктур нуклеиновых кислот в качестве литографических масок, переносящих их шаблон на твердую поверхность. [52]

Динамическая ДНК-нанотехнология

Динамическая ДНК-нанотехнология часто использует реакции смещения нитей, опосредованные точкой опоры. В этом примере красная нить связывается с одноцепочечной областью точки опоры на зеленой нити (область 1), а затем в процессе миграции ветвей через область 2 синяя нить смещается и освобождается от комплекса. Подобные реакции используются для динамической перестройки или сборки наноструктур нуклеиновых кислот. Кроме того, красная и синяя нити могут использоваться в качестве сигналов в молекулярном логическом вентиле .

Динамическая ДНК-нанотехнология фокусируется на формировании систем нуклеиновых кислот с разработанными динамическими функциями, связанными с их общими структурами, такими как вычисления и механическое движение. Существует некоторое совпадение между структурной и динамической ДНК-нанотехнологией, поскольку структуры могут быть сформированы посредством отжига, а затем динамически реконфигурированы или могут быть изначально сформированы динамически. [6] [10]

Наномеханические устройства

Были созданы комплексы ДНК, которые изменяют свою конформацию при некотором стимуле, что делает их одной из форм наноробототехники . Эти структуры изначально формируются таким же образом, как и статические структуры, созданные в структурной ДНК-нанотехнологии, но спроектированы таким образом, что динамическая реконфигурация возможна после первоначальной сборки. [23] [10] Самое раннее такое устройство использовало переход между формами B-ДНК и Z-ДНК для реагирования на изменение условий буфера путем совершения скручивающего движения. [53] Эта зависимость от условий буфера заставляла все устройства менять состояние одновременно. Последующие системы могли изменять состояние на основе наличия контрольных нитей, что позволяло нескольким устройствам независимо работать в растворе. Некоторые примеры таких систем - конструкция "молекулярного пинцета", которая имеет открытое и закрытое состояние, [54] устройство, которое может переключаться из конформации паранемического кроссовера (PX) в конформацию (JX2) с двумя непересекающимися сопоставлениями остова ДНК, совершая вращательное движение в процессе, [55] и двумерный массив, который может динамически расширяться и сжиматься в ответ на контрольные нити. [56] Также были созданы структуры, которые динамически открываются или закрываются, потенциально действуя как молекулярная клетка для высвобождения или раскрытия функционального груза при открытии. [43] [57] [58] В другом примере наноструктура ДНК-оригами была связана с РНК-полимеразой T7 и, таким образом, могла работать как двигатель, работающий на химической энергии, который может быть связан с пассивным последователем, который он затем приводит в движение. [59]

ДНК-ходоки — это класс наномашин нуклеиновых кислот, которые демонстрируют направленное движение по линейной дорожке. Было продемонстрировано большое количество схем. [10] Одна из стратегий заключается в управлении движением ходока по дорожке с помощью контрольных нитей, которые необходимо вручную добавлять в последовательности. [60] [61] Также возможно контролировать отдельные шаги ДНК-ходока путем облучения светом с разными длинами волн. [62] Другой подход заключается в использовании рестрикционных ферментов или дезоксирибозимов для расщепления нитей и приведения ходока в движение, что имеет преимущество автономного движения. [63] [64] Более поздняя система могла ходить по двумерной поверхности, а не по линейной дорожке, и продемонстрировала способность избирательно подбирать и перемещать молекулярный груз. [65] В 2018 году было показано, что связанная ДНК, которая использует транскрипцию катящегося кольца прикрепленной РНК-полимеразой T7, ходит по ДНК-пути, направляемая сгенерированной РНК-нитью. [66] Кроме того, был продемонстрирован линейный шагоход, который выполняет синтез на основе ДНК по мере продвижения шагохода по дорожке, что позволяет осуществлять автономный многоступенчатый химический синтез, направляемый шагоходом. [67] Функция синтетических шагоходов ДНК аналогична функции белков динеина и кинезина. [68]

Каскады смещения прядей

Каскады реакций смещения нитей могут использоваться как для вычислительных, так и для структурных целей. Отдельная реакция смещения нитей включает в себя обнаружение новой последовательности в ответ на присутствие некоторой инициирующей нити. Многие такие реакции могут быть связаны в каскад , где вновь обнаруженная выходная последовательность одной реакции может инициировать другую реакцию смещения нитей в другом месте. Это, в свою очередь, позволяет строить химические реакционные сети со многими компонентами, демонстрируя сложные вычислительные и информационные возможности обработки. Эти каскады делаются энергетически выгодными за счет образования новых пар оснований и прироста энтропии от реакций разборки. Каскады смещения нитей допускают изотермическую работу сборки или вычислительного процесса, в отличие от традиционного требования сборки нуклеиновых кислот для этапа термического отжига, где температура повышается, а затем медленно понижается, чтобы гарантировать правильное формирование желаемой структуры. Они также могут поддерживать каталитическую функцию видов инициатора, где менее одного эквивалента инициатора может привести к завершению реакции. [23] [69]

Комплексы смещения нитей могут быть использованы для создания молекулярных логических вентилей , способных выполнять сложные вычисления. [70] В отличие от традиционных электронных компьютеров, которые используют электрический ток в качестве входов и выходов, молекулярные компьютеры используют концентрации определенных химических видов в качестве сигналов. В случае цепей смещения нитей нуклеиновых кислот сигналом является наличие нитей нуклеиновых кислот, которые высвобождаются или потребляются посредством событий связывания и разъединения с другими нитями в комплексах смещения. Этот подход использовался для создания логических вентилей, таких как вентили И, ИЛИ и НЕ. [71] Совсем недавно была продемонстрирована четырехбитная схема, которая может вычислять квадратный корень целых чисел 0–15, используя систему вентилей, содержащую 130 нитей ДНК. [72]

Другое применение каскадов смещения нитей — создание динамически собранных структур. Они используют шпильковую структуру для реагентов, так что когда входная нить связывается, вновь выявленная последовательность находится на той же молекуле, а не разбирается. Это позволяет добавлять новые открытые шпильки к растущему комплексу. Этот подход использовался для создания простых структур, таких как трех- и четырехлучевые соединения и дендримеры . [69]

Приложения

ДНК-нанотехнология обеспечивает один из немногих способов формирования спроектированных сложных структур с точным контролем над наномасштабными характеристиками. Область начинает видеть применение для решения фундаментальных научных проблем в структурной биологии и биофизике . Самое раннее такое применение, предусмотренное для области, и одно все еще в разработке, - это кристаллография , где молекулы, которые трудно кристаллизовать в изоляции, могут быть расположены в трехмерной решетке нуклеиновой кислоты, что позволяет определять их структуру. Другое применение - использование стержней ДНК-оригами для замены жидких кристаллов в экспериментах по остаточному дипольному сопряжению в белковой ЯМР-спектроскопии ; использование ДНК-оригами выгодно, поскольку, в отличие от жидких кристаллов, они устойчивы к детергентам, необходимым для суспендирования мембранных белков в растворе. ДНК-ходоки использовались в качестве наномасштабных сборочных линий для перемещения наночастиц и прямого химического синтеза . Кроме того, структуры ДНК-оригами помогли в биофизических исследованиях функции ферментов и сворачивания белков . [24] [8]

ДНК-нанотехнология движется к потенциальным реальным приложениям. Способность массивов нуклеиновых кислот организовывать другие молекулы указывает на ее потенциальные применения в молекулярной электронике. Сборка структуры нуклеиновой кислоты может быть использована для шаблона сборки молекулярных электронных элементов, таких как молекулярные провода , предоставляя метод для нанометрового контроля размещения и общей архитектуры устройства, аналогичного молекулярному макету . [24] [6] ДНК-нанотехнологию сравнивают с концепцией программируемой материи из-за связи вычислений со свойствами ее материала. [73]

В исследовании, проведенном группой ученых из центров iNANO и CDNA в Университете Орхуса , исследователи смогли сконструировать небольшую многопереключаемую 3D ДНК-коробку-оригами. Предложенная наночастица была охарактеризована с помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ), просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) и резонансного переноса энергии Фёрстера (FRET). Было показано, что сконструированная коробка имеет уникальный механизм повторного закрытия, который позволяет ей многократно открываться и закрываться в ответ на уникальный набор ключей ДНК или РНК. Авторы предположили, что это «устройство ДНК может потенциально использоваться для широкого спектра приложений, таких как управление функцией отдельных молекул, контролируемая доставка лекарств и молекулярные вычисления». [74]

Существуют потенциальные приложения для ДНК-нанотехнологий в наномедицине, использующие ее способность выполнять вычисления в биосовместимом формате для создания «умных лекарств» для целевой доставки лекарств , а также для диагностических приложений. Одна из таких исследуемых систем использует полый ДНК-бокс, содержащий белки, которые вызывают апоптоз или гибель клеток, который открывается только при приближении к раковой клетке . [8] [75] Кроме того, был интерес к экспрессии этих искусственных структур в сконструированных живых бактериальных клетках, скорее всего, с использованием транскрибированной РНК для сборки, хотя неизвестно, способны ли эти сложные структуры эффективно складываться или собираться в цитоплазме клетки . В случае успеха это может обеспечить направленную эволюцию наноструктур нуклеиновых кислот. [6] Ученые из Оксфордского университета сообщили о самосборке четырех коротких нитей синтетической ДНК в клетку, которая может проникать в клетки и выживать в течение как минимум 48 часов. Было обнаружено, что тетраэдры ДНК с флуоресцентной меткой оставались нетронутыми в культивируемых в лаборатории клетках почек человека, несмотря на атаку клеточных ферментов через два дня. Этот эксперимент продемонстрировал потенциал доставки лекарств внутрь живых клеток с использованием «клетки» ДНК. [76] [77] Тетраэдр ДНК использовался для доставки РНК-интерференции (РНКi) в мышиной модели, сообщила группа исследователей из Массачусетского технологического института . Доставка интерферирующей РНК для лечения показала определенный успех с использованием полимера или липида , но существуют ограничения безопасности и неточное нацеливание, в дополнение к короткому сроку хранения в кровотоке. Наноструктура ДНК, созданная командой, состоит из шести нитей ДНК, образующих тетраэдр, с одной нитью РНК, прикрепленной к каждому из шести ребер. Тетраэдр дополнительно оснащен целевым белком, тремя молекулами фолиевой кислоты , которые направляют наночастицы ДНК к обильным рецепторам фолиевой кислоты, обнаруженным в некоторых опухолях. Результат показал, что экспрессия гена, на который нацелена РНК-интерференция, люцифераза , снизилась более чем наполовину. Это исследование показывает перспективность использования ДНК-нанотехнологии в качестве эффективного инструмента для доставки лечения с использованием новой технологии РНК-интерференции. [78] [79] Тетраэдр ДНК также использовался в попытке преодолеть явление множественной лекарственной устойчивости . Доксорубицин(DOX) был конъюгирован с тетраэдром и загружен в клетки рака молочной железы MCF-7, которые содержали насос для оттока препарата P-гликопротеина . Результаты эксперимента показали, что DOX не откачивался, и был достигнут апоптоз раковых клеток. Тетраэдр без DOX был загружен в клетки для проверки его биосовместимости, и структура не показала никакой цитотоксичности. [80] ДНК-тетраэдр также использовался в качестве штрих-кода для профилирования субклеточной экспрессии и распределения белков в клетках в диагностических целях. Тетраэдрально-наноструктурированный показал усиленный сигнал из-за более высокой эффективности и стабильности маркировки. [81]

Применение ДНК-нанотехнологий в наномедицине также сосредоточено на имитации структуры и функции природных мембранных белков с помощью разработанных ДНК-наноструктур. В 2012 году Лангекер и др. [82] представили структуру ДНК-оригами в форме пор, которая может самостоятельно встраиваться в липидные мембраны посредством гидрофобных модификаций холестерина и вызывать ионные токи через мембрану. За этой первой демонстрацией синтетического ионного канала ДНК последовало множество конструкций, индуцирующих поры , начиная от одиночного дуплекса ДНК [83] до небольших структур на основе плиток [84] [85] [86] [87] [88] и больших трансмембранных поринов ДНК-оригами [89] Подобно природным ионным каналам белков , этот ансамбль синтетических аналогов, созданных ДНК, тем самым охватывает несколько порядков величины проводимости. Изучение вставленного в мембрану одиночного дуплекса ДНК показало, что ток также должен протекать по интерфейсу ДНК-липид, поскольку в конструкции отсутствует просвет центрального канала, который позволяет ионам проходить через липидный бислой . Это указывает на то, что липидная пора, индуцированная ДНК, имеет тороидальную форму, а не цилиндрическую, поскольку липидные головные группы переориентируются в сторону вставленной в мембрану части ДНК. [83] Затем исследователи из Кембриджского университета и Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне продемонстрировали, что такая тороидальная пора, индуцированная ДНК, может способствовать быстрому липидному флип-флопу между листками липидного бислоя. Используя этот эффект, они разработали синтетический фермент, построенный на основе ДНК , который переворачивает липиды в биологических мембранах на порядки быстрее, чем природные белки, называемые скрамблазами . [90] Эта разработка подчеркивает потенциал синтетических ДНК-наноструктур для персонализированных лекарств и терапевтических средств.

Дизайн

Наноструктуры ДНК должны быть рационально спроектированы так, чтобы отдельные нити нуклеиновых кислот собирались в желаемые структуры. Этот процесс обычно начинается с спецификации желаемой целевой структуры или функции. Затем определяется общая вторичная структура целевого комплекса, определяющая расположение нитей нуклеиновых кислот в структуре и то, какие части этих нитей должны быть связаны друг с другом. Последним шагом является проектирование первичной структуры , которое представляет собой спецификацию фактических последовательностей оснований каждой нити нуклеиновых кислот. [36] [91]

Структурное проектирование

Первым шагом в проектировании наноструктуры нуклеиновой кислоты является решение о том, как данная структура должна быть представлена ​​определенным расположением нитей нуклеиновой кислоты. Этот шаг проектирования определяет вторичную структуру или положения пар оснований, которые удерживают отдельные нити вместе в желаемой форме. [36] Было продемонстрировано несколько подходов:

  • Структуры на основе плиток. Этот подход разбивает целевую структуру на более мелкие единицы с сильной связью между нитями, содержащимися в каждой единице, и более слабыми взаимодействиями между единицами. Он часто используется для создания периодических решеток, но также может использоваться для реализации алгоритмической самосборки, делая их платформой для ДНК-вычислений . Это была доминирующая стратегия проектирования, использовавшаяся с середины 1990-х до середины 2000-х годов, когда была разработана методология ДНК-оригами. [36] [92]
  • Складывающиеся структуры. Альтернатива подходу на основе плитки, складчатые подходы создают наноструктуру из одной длинной нити, которая может либо иметь разработанную последовательность, которая сворачивается из-за ее взаимодействия с собой, либо ее можно сложить в желаемую форму с помощью более коротких, «скрепочных» нитей. Этот последний метод называется ДНК-оригами , который позволяет формировать наномасштабные двух- и трехмерные формы (см. Дискретные структуры выше). [6] [13]
  • Динамическая сборка. Этот подход напрямую контролирует кинетику самосборки ДНК, определяя все промежуточные этапы в механизме реакции в дополнение к конечному продукту. Это делается с использованием исходных материалов, которые принимают шпильковую структуру; затем они собираются в конечную конформацию в каскадной реакции в определенном порядке (см. каскады смещения нитей ниже). Этот подход имеет преимущество в том, что протекает изотермически , при постоянной температуре. Это отличается от термодинамических подходов, которые требуют этапа термического отжига , где изменение температуры требуется для запуска сборки и благоприятствования правильному формированию желаемой структуры. [6] [69]

Последовательный дизайн

После того, как любой из вышеперечисленных подходов использован для проектирования вторичной структуры целевого комплекса, должна быть разработана фактическая последовательность нуклеотидов, которая сформируется в желаемую структуру. Проектирование нуклеиновых кислот представляет собой процесс назначения определенной последовательности оснований нуклеиновых кислот каждой из составляющих цепей структуры, чтобы они ассоциировались в желаемую конформацию. Большинство методов имеют целью проектирование последовательностей таким образом, чтобы целевая структура имела самую низкую энергию и, таким образом, была наиболее термодинамически выгодной, в то время как неправильно собранные структуры имели более высокую энергию и, таким образом, были невыгодны. Это делается либо с помощью простых, быстрых эвристических методов, таких как минимизация симметрии последовательности, либо с помощью полной термодинамической модели ближайшего соседа , которая является более точной, но более медленной и более вычислительно интенсивной. Геометрические модели используются для изучения третичной структуры наноструктур и для обеспечения того, чтобы комплексы не были чрезмерно напряжены . [91] [93]

Дизайн нуклеиновых кислот имеет схожие цели с дизайном белков . В обоих случаях последовательность мономеров проектируется так, чтобы благоприятствовать желаемой целевой структуре и не благоприятствовать другим структурам. Дизайн нуклеиновых кислот имеет то преимущество, что он намного проще в вычислительном отношении, чем дизайн белков, поскольку простых правил спаривания оснований достаточно для прогнозирования энергетической благоприятности структуры, а подробная информация об общей трехмерной складке структуры не требуется. Это позволяет использовать простые эвристические методы, которые дают экспериментально надежные конструкции. Структуры нуклеиновых кислот менее универсальны, чем белки, в своей функции из-за повышенной способности белков складываться в сложные структуры и ограниченного химического разнообразия четырех нуклеотидов по сравнению с двадцатью протеиногенными аминокислотами . [93]

Материалы и методы

Методы гель-электрофореза , такие как этот анализ формирования на комплексе DX, используются для выяснения того, правильно ли формируются желаемые структуры. Каждая вертикальная полоса содержит ряд полос, где каждая полоса характерна для определенного промежуточного продукта реакции .

Последовательности цепей ДНК, составляющие целевую структуру, проектируются вычислительным путем с использованием программного обеспечения для молекулярного моделирования и термодинамического моделирования . [91] [93] Затем сами нуклеиновые кислоты синтезируются с использованием стандартных методов синтеза олигонуклеотидов , обычно автоматизированных в синтезаторе олигонуклеотидов , а цепи пользовательских последовательностей доступны в продаже. [94] При необходимости цепи можно очистить с помощью денатурирующего гель-электрофореза , [95] а точные концентрации определить с помощью любого из нескольких методов количественного определения нуклеиновых кислот с использованием ультрафиолетовой абсорбционной спектроскопии . [96]

Полностью сформированные целевые структуры можно проверить с помощью нативного гель-электрофореза, который дает информацию о размере и форме комплексов нуклеиновых кислот. Анализ сдвига электрофоретической подвижности может оценить, включает ли структура все желаемые нити. [97] Флуоресцентная маркировка и резонансный перенос энергии Фёрстера (FRET) иногда используются для характеристики структуры комплексов. [98]

Структуры нуклеиновых кислот могут быть напрямую визуализированы с помощью атомно-силовой микроскопии , которая хорошо подходит для расширенных двумерных структур, но менее полезна для дискретных трехмерных структур из-за взаимодействия кончика микроскопа с хрупкой структурой нуклеиновой кислоты; в этом случае часто используются просвечивающая электронная микроскопия и криоэлектронная микроскопия . Расширенные трехмерные решетки анализируются с помощью рентгеновской кристаллографии . [99] [100]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab ДНК-полиэдры: Goodman RP, Schaap IA, Tardin CF, Erben CM, Berry RM, Schmidt CF, Turberfield AJ (декабрь 2005 г.). «Быстрая хиральная сборка жестких строительных блоков ДНК для молекулярной нанофабрикации». Science . 310 (5754): 1661–1665. Bibcode :2005Sci...310.1661G. doi :10.1126/science.1120367. PMID  16339440. S2CID  13678773.
  2. ^ abc История: Pelesko JA (2007). Самосборка: наука о вещах, которые сами себя собирают . Нью-Йорк: Chapman & Hall/CRC. С. 201, 242, 259. ISBN 978-1-58488-687-7.
  3. ^ abcde Обзор: Seeman NC (июнь 2004 г.). «Нанотехнология и двойная спираль». Scientific American . 290 (6): 64–75. Bibcode : 2004SciAm.290f..64S. doi : 10.1038/scientificamerican0604-64. PMID  15195395.
  4. ^ История: См. «Текущий протокол кристаллизации». Лаборатория Надриана Симана.для постановки проблемы и «ДНК-клетки, содержащие ориентированных гостей». Лаборатория Надриана Симана.для предлагаемого решения.
  5. ^ abcde Обзор: Seeman NC (2010). «Наноматериалы на основе ДНК». Annual Review of Biochemistry . 79 : 65–87. doi :10.1146/annurev-biochem-060308-102244. PMC 3454582. PMID  20222824 . 
  6. ^ abcdefghi Обзор: Pinheiro AV, Han D, Shih WM, Yan H (ноябрь 2011 г.). «Проблемы и возможности структурной ДНК-нанотехнологии». Nature Nanotechnology . 6 (12): 763–772. Bibcode :2011NatNa...6..763P. doi :10.1038/nnano.2011.187. PMC 3334823 . PMID  22056726. 
  7. ^ ab DNA origami: Rothemund PW (2006). "Scaffolded DNA origami: from generalized multicrossovers to polygonal networks". В Chen J, Jonoska N, Rozenberg G (ред.). Nanotechnology: science and computing . Natural Computing Series. New York: Springer. стр. 3–21. CiteSeerX 10.1.1.144.1380 . doi :10.1007/3-540-30296-4_1. ISBN  978-3-540-30295-7.
  8. ^ abcde История/применение: Служба РФ (июнь 2011 г.). «ДНК-нанотехнология. ДНК-нанотехнология взрослеет». Science . 332 (6034): 1140–1, 1143. Bibcode :2011Sci...332.1140S. doi :10.1126/science.332.6034.1140. PMID  21636754.
  9. ^ Юрк, Бернард; Турберфилд, Эндрю Дж.; Миллс, Аллен П.; Зиммель, Фридрих К.; Нойманн, Дженнифер Л. (август 2000 г.). «Молекулярная машина, работающая на ДНК». Nature . 406 (6796): 605–608. Bibcode :2000Natur.406..605Y. doi :10.1038/35020524. ISSN  1476-4687. S2CID  2064216.
  10. ^ abcd ДНК-машины: Bath J, Turberfield AJ (май 2007 г.). «ДНК-наномашины». Nature Nanotechnology . 2 (5): 275–284. Bibcode : 2007NatNa...2..275B. doi : 10.1038/nnano.2007.104. PMID  18654284.
  11. ^ Наноархитектура: Robinson BH, Seeman NC (август 1987). «Проектирование биочипа: самоорганизующееся молекулярно-масштабное запоминающее устройство». Protein Engineering . 1 (4): 295–300. doi :10.1093/protein/1.4.295. PMID  3508280.
  12. ^ Наноархитектура: Xiao S, Liu F, Rosen AE, Hainfeld JF, Seeman NC, Musier-Forsyth K, Kiehl RA (август 2002 г.). «Самосборка массивов металлических наночастиц с помощью ДНК-скаффолдинга». Журнал исследований наночастиц . 4 (4): 313–317. Bibcode : 2002JNR.....4..313X. doi : 10.1023/A:1021145208328. S2CID  2257083.
  13. ^ abc DNA origami: Rothemund PW (март 2006). "Сворачивание ДНК для создания наноразмерных форм и узоров" (PDF) . Nature . 440 (7082): 297–302. Bibcode :2006Natur.440..297R. doi :10.1038/nature04586. PMID  16541064. S2CID  4316391.
  14. ^ ab DNA origami: Douglas SM, Dietz H, Liedl T, Högberg B, Graf F, Shih WM (май 2009). «Самосборка ДНК в наномасштабные трехмерные формы». Nature . 459 (7245): 414–418. Bibcode :2009Natur.459..414D. doi :10.1038/nature08016. PMC 2688462 . PMID  19458720. 
  15. ↑ Служба РФ (июнь 2011 г.). «ДНК-нанотехнология. ДНК-нанотехнология взрослеет». Science . 332 (6034): 1140–1, 1143. Bibcode :2011Sci...332.1140S. doi :10.1126/science.332.6034.1140. PMID  21636754.
  16. ↑ История: Хопкин К (август 2011 г.). «Профиль: 3-D провидец». The Scientist . Архивировано из оригинала 10 октября 2011 г. Получено 8 августа 2011 г.
  17. ^ История abc : Seeman NC (июнь 2010 г.). «Структурная ДНК-нанотехнология: рост вместе с Nano Letters». Nano Letters . 10 (6): 1971–1978. Bibcode :2010NanoL..10.1971S. doi :10.1021/nl101262u. PMC 2901229 . PMID  20486672. 
  18. ^ Обзор abc : Mao C (декабрь 2004 г.). «Возникновение сложности: уроки ДНК». PLOS Biology . 2 (12): e431. doi : 10.1371 /journal.pbio.0020431 . PMC 535573. PMID  15597116. 
  19. ^ Предыстория: Pelesko JA (2007). Самосборка: наука о вещах, которые сами себя объединяют . Нью-Йорк: Chapman & Hall/CRC. С. 5, 7. ISBN 978-1-58488-687-7.
  20. ^ Предыстория: Long EC (1996). «Основы нуклеиновых кислот». В Hecht SM (ред.). Биоорганическая химия: нуклеиновые кислоты . Нью-Йорк: Oxford University Press. С. 4–10. ISBN 978-0-19-508467-2.
  21. ^ Нанотехнология РНК: Chworos A, Severcan I, Koyfman AY, Weinkam P, Oroudjev E, Hansma HG, Jaeger L (декабрь 2004 г.). «Создание программируемых головоломок с помощью РНК». Science . 306 (5704): 2068–2072. Bibcode :2004Sci...306.2068C. doi :10.1126/science.1104686. PMID  15604402. S2CID  9296608.
  22. ^ Нанотехнология РНК: Guo P (декабрь 2010 г.). «Развивающаяся область нанотехнологии РНК». Nature Nanotechnology . 5 (12): 833–842. Bibcode : 2010NatNa...5..833G. doi : 10.1038/nnano.2010.231. PMC 3149862. PMID  21102465 . 
  23. ^ abcd Динамическая ДНК-нанотехнология: Zhang DY, Seelig G (февраль 2011 г.). «Динамическая ДНК-нанотехнология с использованием реакций смещения цепей». Nature Chemistry . 3 (2): 103–113. Bibcode :2011NatCh...3..103Z. doi :10.1038/nchem.957. PMID  21258382.
  24. ^ abcde Структурная ДНК-нанотехнология: Seeman NC (ноябрь 2007 г.). «Обзор структурной ДНК-нанотехнологии». Молекулярная биотехнология . 37 (3): 246–257. doi :10.1007/s12033-007-0059-4. PMC 3479651. PMID  17952671 . 
  25. ^ Динамическая ДНК-нанотехнология: Lu Y, Liu J (декабрь 2006 г.). «Функциональная ДНК-нанотехнология: новые применения ДНКзимов и аптамеров». Current Opinion in Biotechnology . 17 (6): 580–588. doi :10.1016/j.copbio.2006.10.004. PMID  17056247.
  26. ^ Моделирование структур ДНК: Doye JP, Ouldridge TE, Louis AA, Romano F, Šulc P, Matek C и др. (декабрь 2013 г.). «Крупнозернистая ДНК для моделирования нанотехнологий ДНК». Physical Chemistry Chemical Physics . 15 (47): 20395–20414. arXiv : 1308.3843 . Bibcode :2013PCCP...1520395D. doi :10.1039/C3CP53545B. PMID  24121860. S2CID  15324396.
  27. ^ Другие массивы: Strong M (март 2004 г.). "Белковые наномашины". PLOS Biology . 2 (3): E73. doi : 10.1371 /journal.pbio.0020073 . PMC 368168. PMID  15024422. 
  28. ^ Yan H, Park SH, Finkelstein G, Reif JH, LaBean TH (сентябрь 2003 г.). «ДНК-шаблонная самосборка белковых массивов и высокопроводящих нанопроводов». Science . 301 (5641): 1882–1884. Bibcode :2003Sci...301.1882Y. doi :10.1126/science.1089389. PMID  14512621. S2CID  137635908.
  29. ^ ab Алгоритмическая самосборка: Rothemund PW, Papadakis N, Winfree E (декабрь 2004 г.). "Алгоритмическая самосборка треугольников ДНК Серпинского". PLOS Biology . 2 (12): e424. doi : 10.1371/journal.pbio.0020424 . PMC 534809. PMID  15583715 . 
  30. ^ Массивы DX: Winfree E, Liu F, Wenzler LA, Seeman NC (август 1998). «Проектирование и самосборка двумерных кристаллов ДНК». Nature . 394 (6693): 539–544. Bibcode :1998Natur.394..539W. doi :10.1038/28998. PMID  9707114. S2CID  4385579.
  31. ^ Массивы DX: Liu F, Sha R, Seeman NC (10 февраля 1999 г.). «Изменение поверхностных свойств двумерных кристаллов ДНК». Журнал Американского химического общества . 121 (5): 917–922. doi :10.1021/ja982824a.
  32. ↑ Другие массивы: Mao C, Sun W, Seeman NC (16 июня 1999 г.). «Спроектированные двумерные массивы ДНК Холлидея, визуализированные с помощью атомно-силовой микроскопии». Журнал Американского химического общества . 121 (23): 5437–5443. doi :10.1021/ja9900398.
  33. ^ Другие массивы: Constantinou PE, Wang T, Kopatsch J, Israel LB, Zhang X, Ding B и др. (сентябрь 2006 г.). «Двойная когезия в структурной ДНК-нанотехнологии». Органическая и биомолекулярная химия . 4 (18): 3414–3419. doi :10.1039/b605212f. PMC 3491902. PMID  17036134 . 
  34. ↑ Другие массивы: Mathieu F, Liao S, Kopatsch J, Wang T, Mao C, Seeman NC (апрель 2005 г.). «Шестиспиральные пучки, созданные на основе ДНК». Nano Letters . 5 (4): 661–665. Bibcode :2005NanoL...5..661M. doi :10.1021/nl050084f. PMC 3464188 . PMID  15826105. 
  35. ^ Алгоритмическая самосборка: Barish RD, Rothemund PW, Winfree E (декабрь 2005 г.). «Два вычислительных примитива для алгоритмической самосборки: копирование и подсчет». Nano Letters . 5 (12): 2586–2592. Bibcode :2005NanoL...5.2586B. CiteSeerX 10.1.1.155.676 . doi :10.1021/nl052038l. PMID  16351220. 
  36. ^ abcd Design: Feldkamp U, Niemeyer CM (март 2006 г.). «Рациональный дизайн наноархитектур ДНК». Angewandte Chemie . 45 (12): 1856–1876. doi :10.1002/anie.200502358. PMID  16470892.
  37. ^ ДНК-нанотрубки: Rothemund PW, Ekani-Nkodo A, Papadakis N, Kumar A, Fygenson DK, Winfree E (декабрь 2004 г.). «Проектирование и характеристика программируемых ДНК-нанотрубок». Журнал Американского химического общества . 126 (50): 16344–16352. doi :10.1021/ja044319l. PMID  15600335.
  38. ^ Нанотрубки ДНК: Yin P, Hariadi RF, Sahu S, Choi HM, Park SH, Labean TH, Reif JH (август 2008 г.). «Программирование окружностей трубок ДНК». Science . 321 (5890): 824–826. Bibcode :2008Sci...321..824Y. doi :10.1126/science.1157312. PMID  18687961. S2CID  12100380.
  39. ^ Трехмерные массивы: Zheng J, Birktoft JJ, Chen Y, Wang T, Sha R, Constantinou PE и др. (сентябрь 2009 г.). «От молекулярного к макроскопическому через рациональный дизайн самоорганизующегося трехмерного кристалла ДНК». Nature . 461 (7260): 74–77. Bibcode :2009Natur.461...74Z. doi :10.1038/nature08274. PMC 2764300 . PMID  19727196. 
  40. ^ Полиэдры ДНК: Zhang Y, Seeman NC (1 марта 1994 г.). «Построение ДНК-усеченного октаэдра». Журнал Американского химического общества . 116 (5): 1661–1669. doi :10.1021/ja00084a006.
  41. ^ Полиэдры ДНК: Shih WM, Quispe JD, Joyce GF (февраль 2004 г.). «Одноцепочечная ДНК размером 1,7 килобаз, которая сворачивается в наноразмерный октаэдр». Nature . 427 (6975): 618–621. Bibcode :2004Natur.427..618S. doi :10.1038/nature02307. PMID  14961116. S2CID  4419579.
  42. ^ Тихомиров Г., Петерсен П., Цянь Л. (декабрь 2017 г.). «Фрактальная сборка массивов ДНК-оригами микрометрового масштаба с произвольными узорами». Nature . 552 (7683): ​​67–71. Bibcode :2017Natur.552...67T. doi :10.1038/nature24655. PMID  29219965. S2CID  4455780.
  43. ^ ab DNA boxs: Andersen ES, Dong M, Nielsen MM, Jahn K, Subramani R, Mamdouh W и др. (май 2009 г.). «Самостоятельная сборка наноразмерного DNA box с управляемой крышкой». Nature . 459 (7243): 73–76. Bibcode :2009Natur.459...73A. doi :10.1038/nature07971. hdl : 11858/00-001M-0000-0010-9363-9 . PMID  19424153. S2CID  4430815.
  44. ^ ДНК-боксы: Ke Y, Sharma J, Liu M, Jahn K, Liu Y, Yan H (июнь 2009 г.). «Оригами ДНК-каркаса из молекулярного контейнера из тетраэдра ДНК». Nano Letters . 9 (6): 2445–2447. Bibcode : 2009NanoL...9.2445K. doi : 10.1021/nl901165f. PMID  19419184.
  45. ^ Заборова, ОВ; Войнова, АД; Шмыков, БД; Сергеев, ВГ (2021). «Твердые липидные наночастицы для инкапсуляции нуклеиновых кислот». Обзоры и достижения в химии . 11 (3–4): 178–188. doi :10.1134/S2079978021030055. ISSN  2634-8276. S2CID  246946068.
  46. ↑ Обзор: Endo M, Sugiyama H (октябрь 2009 г.). «Химические подходы к ДНК-нанотехнологии». ChemBioChem . 10 (15): 2420–2443. doi :10.1002/cbic.200900286. PMID  19714700. S2CID  205554125.
  47. ^ Наноархитектура: Zheng J, Constantinou PE, Micheel C, Alivisatos AP, Kiehl RA, Seeman NC (июль 2006 г.). «Двумерные массивы наночастиц демонстрируют организационную силу надежных мотивов ДНК». Nano Letters . 6 (7): 1502–1504. Bibcode :2006NanoL...6.1502Z. doi :10.1021/nl060994c. PMC 3465979 . PMID  16834438. 
  48. ^ Наноархитектура: Park SH, Pistol C, Ahn SJ, Reif JH, Lebeck AR, Dwyer C, LaBean TH (январь 2006 г.). «Конечные по размеру, полностью адресуемые решетки ДНК-плиток, образованные иерархическими процедурами сборки». Angewandte Chemie . 45 (5): 735–739. Bibcode :2006AngCh.118.6759P. doi : 10.1002/ange.200690141 . PMID  16374784.
  49. ^ Наноархитектура: Cohen JD, Sadowski JP, Dervan PB (22 октября 2007 г.). «Addressing single Molecules on DNA nanostructures». Angewandte Chemie . 46 (42): 7956–7959. doi :10.1002/anie.200702767. PMID  17763481.
  50. ^ Наноархитектура: Maune HT, Han SP, Barish RD, Bockrath M, Goddard WA, Rothemund PW, Winfree E (январь 2010 г.). «Самосборка углеродных нанотрубок в двумерные геометрии с использованием шаблонов ДНК-оригами». Nature Nanotechnology . 5 (1): 61–66. Bibcode : 2010NatNa...5...61M. doi : 10.1038/nnano.2009.311. PMID  19898497.
  51. ^ Наноархитектура: Лю Дж., Гэн Ю., Паунд Э., Гьявали С., Эштон Дж.Р., Хики Дж. и др. (март 2011 г.). «Металлизация разветвленной ДНК-оригами для изготовления наноэлектронных схем». АСУ Нано . 5 (3): 2240–2247. дои : 10.1021/nn1035075. ПМИД  21323323.
  52. ^ Наноархитектура: Дэн З, Мао Ц (август 2004). «Молекулярная литография с ДНК-наноструктурами». Angewandte Chemie . 43 (31): 4068–4070. doi :10.1002/anie.200460257. PMID  15300697.
  53. ^ ДНК-машины: Mao C, Sun W, Shen Z, Seeman NC (январь 1999). «Наномеханическое устройство на основе BZ-перехода ДНК». Nature . 397 (6715): 144–146. Bibcode :1999Natur.397..144M. doi :10.1038/16437. PMID  9923675. S2CID  4406177.
  54. ^ ДНК-машины: Yurke B, Turberfield AJ, Mills AP, Simmel FC, Neumann JL (август 2000 г.). «Молекулярная машина, работающая на ДНК и сделанная из ДНК». Nature . 406 (6796): 605–608. Bibcode :2000Natur.406..605Y. doi :10.1038/35020524. PMID  10949296. S2CID  2064216.
  55. ^ ДНК-машины: Yan H, Zhang X, Shen Z, Seeman NC (январь 2002 г.). «Надежное механическое устройство ДНК, контролируемое гибридизационной топологией». Nature . 415 (6867): 62–65. Bibcode :2002Natur.415...62Y. doi :10.1038/415062a. PMID  11780115. S2CID  52801697.
  56. ^ ДНК-машины: Feng L, Park SH, Reif JH, Yan H (сентябрь 2003 г.). «Двухуровневая решетка ДНК, переключаемая наноактуатором ДНК». Angewandte Chemie . 42 (36): 4342–4346. Bibcode : 2003AngCh.115.4478F. doi : 10.1002/ange.200351818. PMID  14502706.
  57. ^ ДНК-машины: Goodman RP, Heilemann M, Doose S, Erben CM, Kapanidis AN, Turberfield AJ (февраль 2008 г.). «Реконфигурируемые, скрепленные, трехмерные ДНК-наноструктуры». Nature Nanotechnology . 3 (2): 93–96. Bibcode : 2008NatNa...3...93G. doi : 10.1038/nnano.2008.3. PMID  18654468.
  58. ^ Приложения: Douglas SM, Bachelet I, Church GM (февраль 2012 г.). «Логически управляемый наноробот для целевой транспортировки молекулярных грузов». Science . 335 (6070): 831–834. Bibcode :2012Sci...335..831D. doi :10.1126/science.1214081. PMID  22344439. S2CID  9866509.
  59. ^ Чентола, Матиас; Попплтон, Эрик; Рэй, Суджай; Чентола, Мартин; Велти, Робб; Валеро, Хулиан; Вальтер, Нильс Г.; Шульц, Петр; Фамулок, Майкл (2023-10-19). «Ритмично пульсирующий листовой пружинный ДНК-оригами нанодвигатель, который управляет пассивным последователем». Nature Nanotechnology : 1–11. doi : 10.1038/s41565-023-01516-x . ISSN  1748-3395. PMC 10873200 . PMID  37857824. 
  60. ^ ДНК-ходоки: Шин Дж.С., Пирс Н.А. (сентябрь 2004 г.). «Синтетический ходок ДНК для молекулярного транспорта». Журнал Американского химического общества . 126 (35): 10834–10835. дои : 10.1021/ja047543j. ПМИД  15339155.
  61. ^ ДНК-ходки: Sherman WB, Seeman NC (июль 2004 г.). «Точно контролируемое ДНК-двуногое шагающее устройство». Nano Letters . 4 (7): 1203–1207. Bibcode : 2004NanoL...4.1203S. doi : 10.1021/nl049527q.
  62. ^ ДНК-ходоки: Шкугор М., Валеро Дж., Мураяма К., Центола М., Асанума Х., Фамулок М. (май 2019 г.). «Ортогонально фотоуправляемый неавтономный ДНК-ходок». Ангеванде Хеми . 58 (21): 6948–6951. дои : 10.1002/anie.201901272. PMID  30897257. S2CID  85446523.
  63. ^ DNA walkers: Tian Y, He Y, Chen Y, Yin P, Mao C (июль 2005 г.). «ДНКзим, который движется процессивно и автономно по одномерному пути». Angewandte Chemie . 44 (28): 4355–4358. Bibcode : 2005AngCh.117.4429T. doi : 10.1002/ange.200500703. PMID  15945114.
  64. ^ DNA walkers: Bath J, Green SJ, Turberfield AJ (июль 2005 г.). «Свободно работающий ДНК-мотор, работающий на ферменте никеля». Angewandte Chemie . 44 (28): 4358–4361. doi :10.1002/anie.200501262. PMID  15959864.
  65. ^ Функциональные ДНК-ходоки: Lund K, Manzo AJ, Dabby N, Michelotti N, Johnson-Buck A, Nangreave J, et al. (май 2010 г.). «Молекулярные роботы, направляемые предписывающими ландшафтами». Nature . 465 (7295): 206–210. Bibcode :2010Natur.465..206L. doi :10.1038/nature09012. PMC 2907518 . PMID  20463735. 
  66. ^ Функциональные ДНК-ходоки: Valero J, Pal N, Dhakal S, Walter NG, Famulok M (июнь 2018 г.). «Биогибридный ДНК-ротор-статорный нанодвигатель, движущийся по предопределенным траекториям». Nature Nanotechnology . 13 (6): 496–503. Bibcode :2018NatNa..13..496V. doi :10.1038/s41565-018-0109-z. PMC 5994166 . PMID  29632399. 
  67. ^ Функциональные ДНК-ходки: He Y, Liu DR (ноябрь 2010 г.). «Автономный многошаговый органический синтез в одном изотермическом растворе, опосредованный ДНК-ходком». Nature Nanotechnology . 5 (11): 778–782. Bibcode :2010NatNa...5..778H. doi :10.1038/nnano.2010.190. PMC 2974042 . PMID  20935654. 
  68. ^ Pan J, Li F, Cha TG, Chen H, Choi JH (август 2015 г.). «Последний прогресс в области ДНК-ориентированных шагающих роботов». Current Opinion in Biotechnology . 34 : 56–64. doi : 10.1016/j.copbio.2014.11.017. PMID  25498478.
  69. ^ abc Кинетическая сборка: Yin P, Choi HM, Calvert CR, Pierce NA (январь 2008 г.). «Программирование путей биомолекулярной самосборки». Nature . 451 (7176): 318–322. Bibcode :2008Natur.451..318Y. doi :10.1038/nature06451. PMID  18202654. S2CID  4354536.
  70. ^ Нечеткие и булевы логические вентили на основе ДНК: Zadegan RM, Jepsen MD, Hildebrandt LL, Birkedal V, Kjems J (апрель 2015 г.). «Построение нечетких и булевых логических вентилей на основе ДНК». Small . 11 (15): 1811–1817. doi :10.1002/smll.201402755. PMID  25565140.
  71. ^ Каскады смещения нитей: Seelig G, Soloveichik D, Zhang DY, Winfree E (декабрь 2006 г.). «Безферментные логические схемы нуклеиновых кислот». Science . 314 (5805): 1585–1588. Bibcode :2006Sci...314.1585S. doi :10.1126/science.1132493. PMID  17158324. S2CID  10966324.
  72. ^ Каскадные смещения нитей: Qian L, Winfree E (июнь 2011 г.). «Масштабирование вычислений цифровых схем с каскадными смещениями нитей ДНК». Science . 332 (6034): 1196–1201. Bibcode :2011Sci...332.1196Q. doi :10.1126/science.1200520. PMID  21636773. S2CID  10053541.
  73. ^ Приложения: Rietman EA (2001). Молекулярная инженерия наносистем. Springer. С. 209–212. ISBN 978-0-387-98988-4. Получено 17 апреля 2011 г.
  74. ^ Задеган Р.М., Джепсен М.Д., Томсен К.Е., Охольм А.Х., Шафферт Д.Х., Андерсен Э.С. и др. (ноябрь 2012 г.). «Создание переключаемого 3D-ящика ДНК-оригами емкостью 4 зептолитра». АСУ Нано . 6 (11): 10050–10053. дои : 10.1021/nn303767b. ПМИД  23030709.
  75. ^ Приложения: Jungmann R, Renner S, Simmel FC (апрель 2008 г.). «От ДНК-нанотехнологии к синтетической биологии». Журнал HFSP . 2 (2): 99–109. doi :10.2976/1.2896331. PMC 2645571. PMID  19404476 . 
  76. ^ Лови, Говард (5 июля 2011 г.). «ДНК-клетки могут высвобождать лекарства внутри клеток». violentdrugdelivery.com . Получено 22 сентября 2013 г.[ постоянная мертвая ссылка ]
  77. ^ Уолш AS, Инь H, Эрбен CM, Вуд MJ, Турберфилд AJ (июль 2011 г.). «Доставка ДНК-клеток в клетки млекопитающих». ACS Nano . 5 (7): 5427–5432. doi :10.1021/nn2005574. PMID  21696187.
  78. ^ Трафтон, Энн (4 июня 2012 г.). «Исследователи достигли РНК-интерференции в более легкой упаковке». MIT News . Получено 22 сентября 2013 г.
  79. ^ Lee H, Lytton-Jean AK, Chen Y, Love KT, Park AI, Karagiannis ED и др. (июнь 2012 г.). «Молекулярно самоорганизующиеся наночастицы нуклеиновых кислот для целенаправленной доставки siRNA in vivo». Nature Nanotechnology . 7 (6): 389–393. Bibcode :2012NatNa...7..389L. doi :10.1038/NNANO.2012.73. PMC 3898745 . PMID  22659608. 
  80. ^ Ким КР, Ким ДР, Ли Т, Йи ДЖИ, Ким БС, Квон ИЦ, Ан ДР (март 2013 г.). «Доставка лекарств с помощью самоорганизующегося ДНК-тетраэдра для преодоления лекарственной устойчивости в клетках рака груди». Chemical Communications . 49 (20): 2010–2012. doi :10.1039/c3cc38693g. PMID  23380739.
  81. ^ Sundah NR, Ho NR, Lim GS, Natalia A, Ding X, Liu Y и др. (сентябрь 2019 г.). «Наноструктуры ДНК со штрих-кодом для мультиплексного профилирования субклеточного распределения белков». Nature Biomedical Engineering . 3 (9): 684–694. doi :10.1038/s41551-019-0417-0. PMID  31285580. S2CID  195825879.
  82. ^ Ионные каналы ДНК: Langecker M, Arnaut V, Martin TG, List J, Renner S, Mayer M и др. (ноябрь 2012 г.). «Синтетические липидные мембранные каналы, образованные спроектированными наноструктурами ДНК». Science . 338 (6109): 932–936. Bibcode :2012Sci...338..932L. doi :10.1126/science.1225624. PMC 3716461 . PMID  23161995. 
  83. ^ ab ДНК ионные каналы: Göpfrich K, Li CY, Mames I, Bhamidimarri SP, Ricci M, Yoo J, et al. (Июль 2016 г.). «Ионные каналы, созданные из одного ДНК-дуплекса, охватывающего мембрану». Nano Letters . 16 (7): 4665–4669. Bibcode :2016NanoL..16.4665G. doi :10.1021/acs.nanolett.6b02039. PMC 4948918 . PMID  27324157. 
  84. ^ Ионные каналы ДНК: Burns JR, Stulz E, Howorka S (июнь 2013 г.). «Самоорганизующиеся нанопоры ДНК, охватывающие липидные бислои». Nano Letters . 13 (6): 2351–2356. Bibcode :2013NanoL..13.2351B. CiteSeerX 10.1.1.659.7660 . doi :10.1021/nl304147f. PMID  23611515. 
  85. ^ Ионные каналы ДНК: Burns JR, Göpfrich K, Wood JW, Thacker VV, Stulz E, Keyser UF, Howorka S (ноябрь 2013 г.). «Нанопоры ДНК, охватывающие липидный бислой, с бифункциональным порфириновым якорем». Angewandte Chemie . 52 (46): 12069–12072. doi :10.1002/anie.201305765. PMC 4016739 . PMID  24014236. 
  86. ^ Ионные каналы ДНК: Seifert A, Göpfrich K, Burns JR, Fertig N, Keyser UF, Howorka S (февраль 2015 г.). «Нанопоры ДНК, охватывающие два слоя, с переключением напряжения между открытым и закрытым состоянием». ACS Nano . 9 (2): 1117–1126. doi :10.1021/nn5039433. PMC 4508203 . PMID  25338165. 
  87. ^ Ионные каналы ДНК: Göpfrich K, Zettl T, Meijering AE, Hernández-Ainsa S, Kocabey S, Liedl T, Keyser UF (май 2015 г.). «Структуры ДНК-плиток индуцируют ионные токи через липидные мембраны». Nano Letters . 15 (5): 3134–3138. Bibcode :2015NanoL..15.3134G. doi :10.1021/acs.nanolett.5b00189. PMID  25816075.
  88. ^ Ионные каналы ДНК: Burns JR, Seifert A, Fertig N, Howorka S (февраль 2016 г.). «Биомиметический канал на основе ДНК для лиганд-контролируемого транспорта заряженных молекулярных грузов через биологическую мембрану». Nature Nanotechnology . 11 (2): 152–156. Bibcode :2016NatNa..11..152B. doi :10.1038/nnano.2015.279. PMID  26751170.
  89. ^ Ионные каналы ДНК: Гёпфрих К., Ли CY, Риччи М., Бхамидимарри С.П., Ю Дж., Гинес Б. и др. (сентябрь 2016 г.). «Трансмембранный порин с большой проводимостью, сделанный из ДНК-оригами». АСУ Нано . 10 (9): 8207–8214. doi : 10.1021/acsnano.6b03759. ПМК 5043419 . ПМИД  27504755. 
  90. ^ ДНК-скрамблаза: Ohmann A, Li CY, Maffeo C, Al Nahas K, Baumann KN, Göpfrich K и др. (июнь 2018 г.). «Синтетический фермент, созданный из ДНК, переворачивает 107 липидов в секунду в биологических мембранах». Nature Communications . 9 (1): 2426. Bibcode :2018NatCo...9.2426O. doi :10.1038/s41467-018-04821-5. PMC 6013447 . PMID  29930243. 
  91. ^ abc Design: Brenneman A, Condon A (25 сентября 2002 г.). «Конструкция цепей для биомолекулярных вычислений». Теоретическая информатика . 287 : 39–58. doi : 10.1016/S0304-3975(02)00135-4 .
  92. ^ Обзор: Lin C, Liu Y, Rinker S, Yan H (август 2006 г.). «Самосборка на основе ДНК-плиток: построение сложных наноархитектур». ChemPhysChem . 7 (8): 1641–1647. doi :10.1002/cphc.200600260. PMID  16832805.
  93. ^ abc Design: Dirks RM, Lin M, Winfree E, Pierce NA (15 февраля 2004 г.). «Парадигмы для вычислительного проектирования нуклеиновых кислот». Nucleic Acids Research . 32 (4): 1392–1403. doi :10.1093/nar/gkh291. PMC 390280. PMID  14990744 . 
  94. ^ Методы: Эллингтон А., Поллард Дж. Д. (1 мая 2001 г.). «Синтез и очистка олигонуклеотидов». Current Protocols in Molecular Biology . 42 : 2.11.1–2.11.25. doi : 10.1002/0471142727.mb0211s42. ISBN 978-0471142720. PMID  18265179. S2CID  205152989.
  95. ^ Методы: Эллингтон А., Поллард Дж. Д. (1 мая 2001 г.). «Очистка олигонуклеотидов с использованием денатурирующего электрофореза в полиакриламидном геле». Current Protocols in Molecular Biology . 42 : Unit2.12. doi :10.1002/0471142727.mb0212s42. ISBN 978-0471142720. PMID  18265180. S2CID  27187583.
  96. ^ Методы: Gallagher SR, Desjardins P (1 июля 2011 г.). "Количественное определение нуклеиновых кислот и белков". Current Protocols Essential Laboratory Techniques . Том 5. doi :10.1002/9780470089941.et0202s5. ISBN 978-0470089934. S2CID  94329398.
  97. ^ Методы: Chory J, Pollard JD (1 мая 2001 г.). "Разделение малых фрагментов ДНК с помощью обычного гель-электрофореза". Current Protocols in Molecular Biology . 47 : Unit2.7. doi :10.1002/0471142727.mb0207s47. ISBN 978-0471142720. PMID  18265187. S2CID  43406338.
  98. ^ Методы: Walter NG (1 февраля 2003 г.). "Исследование структурной динамики и функции РНК с помощью флуоресцентного резонансного переноса энергии (FRET)". Current Protocols in Nucleic Acid Chemistry . 11 : 11.10.1–11.10.23. doi :10.1002/0471142700.nc1110s11. ISBN 978-0471142706. PMID  18428904. S2CID  9978415.
  99. ^ Методы: Lin C, Ke Y, Chhabra R, Sharma J, Liu Y, Yan H (2011). «Синтез и характеристика самоорганизующихся ДНК-наноструктур». В Zuccheri G, Samorì B (ред.). DNA Nanotechnology . Методы в молекулярной биологии. Т. 749. С. 1–11. doi :10.1007/978-1-61779-142-0_1. ISBN 978-1-61779-141-3. PMID  21674361.
  100. ^ Методы: Bloomfield VA, Crothers DM, Tinoco Jr I (2000). Нуклеиновые кислоты: структуры, свойства и функции . Sausalito, Calif: University Science Books. стр. 84–86, 396–407. ISBN 978-0-935702-49-1.

Дальнейшее чтение

Общий:

  • Seeman NC (июнь 2004 г.). «Нанотехнология и двойная спираль». Scientific American . 290 (6): 64–75. Bibcode : 2004SciAm.290f..64S. doi : 10.1038/scientificamerican0604-64. PMID  15195395.—Статья, написанная для неспециалистов основателем этой области
  • Seeman NC (июнь 2010 г.). «Структурная ДНК-нанотехнология: рост вместе с Nano Letters». Nano Letters . 10 (6): 1971–1978. Bibcode :2010NanoL..10.1971S. doi :10.1021/nl101262u. PMC  2901229 . PMID  20486672.—Обзор результатов за период 2001–2010 гг.
  • Seeman NC (2010). «Наноматериалы на основе ДНК». Annual Review of Biochemistry . 79 : 65–87. doi :10.1146/annurev-biochem-060308-102244. PMC  3454582. PMID  20222824 .—Более полный обзор, включающий как старые, так и новые результаты в этой области
  • Служба РФ (июнь 2011 г.). «ДНК-нанотехнология. ДНК-нанотехнология взрослеет». Наука . 332 (6034): 1140–1, 1143. Bibcode : 2011Sci...332.1140S. doi : 10.1126/science.332.6034.1140. PMID  21636754.и Служба РФ (июнь 2011 г.). «ДНК-нанотехнология. Следующий шаг: ДНК-роботы?». Наука . 332 (6034): 1142. doi :10.1126/science.332.6034.1142. PMID  21636755..—Новостная статья, посвященная истории области и разработке новых приложений.
  • Zadegan RM, Norton ML (июнь 2012 г.). «Структурная ДНК-нанотехнология: от проектирования до применения». International Journal of Molecular Sciences . 13 (6): 7149–7162. doi : 10.3390/ijms13067149 . PMC  3397516. PMID  22837684 .—Совсем недавний и всеобъемлющий обзор в этой области

Конкретные подполя:

  • Bath J, Turberfield AJ (май 2007 г.). «ДНК-наномашины». Nature Nanotechnology . 2 (5): 275–284. Bibcode : 2007NatNa...2..275B. doi : 10.1038/nnano.2007.104. PMID  18654284.—Обзор наномеханических устройств на основе нуклеиновых кислот
  • Feldkamp U, Niemeyer CM (март 2006 г.). «Рациональный дизайн наноархитектур ДНК». Angewandte Chemie . 45 (12): 1856–1876. doi :10.1002/anie.200502358. PMID  16470892.—Обзор с точки зрения проектирования вторичной структуры
  • Lin C, Liu Y, Rinker S, Yan H (август 2006 г.). «Самосборка на основе ДНК-плиток: построение сложных наноархитектур». ChemPhysChem . 7 (8): 1641–1647. doi :10.1002/cphc.200600260. PMID  16832805.— Мини-обзор, специально посвященный сборке на основе плитки
  • Zhang DY, Seelig G (февраль 2011 г.). «Динамическая ДНК-нанотехнология с использованием реакций смещения цепей». Nature Chemistry . 3 (2): 103–113. Bibcode :2011NatCh...3..103Z. doi :10.1038/nchem.957. PMID  21258382.—Обзор систем ДНК, использующих механизмы смещения цепей
На Викискладе есть медиафайлы по теме ДНК-нанотехнологии .
  • Что такое бионанотехнология? — видео-введение в ДНК-нанотехнологию
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=ДНК_нанотехнология&oldid=1222876057"