डीएनए ओरिगामी: डीएनए से दिलचस्प नैनोमीटर के आकार की चीजें कैसे बनाएं

हाल ही में मैंने एक बहुत ही दुखद तथ्य की खोज की: इस तरह के एक मजाकिया विषय के रूप में डीएनए ओरिगामी हैबे में बिल्कुल भी कवर नहीं किया गया था। 2009 में केवल एक पोस्ट है , डीएनए के बारे में कैसे (हां, वही डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड जो हमारी आनुवंशिक जानकारी को वहन करती है) के बारे में केवल एक मनोरंजक कहानी बता रही है, आप नैनोमीटर आकार के सभी प्रकार के मुश्किल, सपाट और तीन-आयामी टुकड़े बना सकते हैं। वही नैनो-टेक्नोलॉजी, जैसी वह है। इस समीक्षा में मैं डीएनए ओरिगामी के विकास के बारे में बात करना चाहता हूं: डीएनए से दो आयामी इमोटिकॉन्स, तीन आयामी आंकड़े, एक प्रोग्राम संरचना के साथ डीएनए से क्रिस्टल, एक ढक्कन के साथ डीएनए "बक्से", आवश्यक पदार्थों के अणुओं को ले जाने में सक्षम और ढक्कन खोलने के लिए एक संकेत के बाद उन्हें जारी करना, और अंत में, गतिशील संरचनाएं जैसे कि एक सब्सट्रेट पर चलने वाले डीएनए वॉकर (रचनाकार गर्व से कहते हैं कि यह एक नैनोरोट है!)। कौन इस बारे में अधिक जानना चाहता है कि यह सब क्यों आवश्यक है, डीएनए से सुंदर नैनोमीटर के आकार के टुकड़े बनाने की तकनीकों के बारे में पढ़ें, या सिर्फ सुंदर चित्र देखें, बिल्ली का स्वागत करें।


यह डीएनए नैनोरोबोट जैसा दिखता है

सिद्धांत की बिट

बीसवीं सदी के अंत और इक्कीसवीं सदी की शुरुआत में, नैनोमीटर के आकार की वस्तुओं को डिजाइन करने पर सवाल उठे। किस लिए? लघुकरण का सामान्य वेक्टर लंबे समय से मौजूद है, और ऐतिहासिक रूप से यह हमेशा एक "टॉप-डाउन" आंदोलन रहा है - उदाहरण के लिए, 70 के दशक में, जब माइक्रोक्रिस्केट्स का निर्माण होता था, तो न्यूनतम नियंत्रित आकार 2-8 माइक्रोन था, फिर यह मूल्य तेजी से घट रहा था और अब बड़े पैमाने पर उत्पादन में चिप्स हैं। 22-एनएम प्रक्रिया द्वारा किया गया। तब लोगों के बीच यह सवाल पैदा हुआ कि क्या "नीचे से ऊपर" जाना संभव है? क्या परमाणुओं और अणुओं को आवश्यक संरचनाओं में इकट्ठा करना और फिर प्रौद्योगिकी में इन संरचनाओं का उपयोग करना संभव है? इस तरह के "स्व-इकट्ठे" सिस्टम के लिए आवश्यकताएं स्पष्ट हैं: इसके लिए सामग्री काफी सस्ती और सस्ती होनी चाहिए, सिस्टम की जटिल स्थानिक संरचना की आत्म-असेंबली "प्रोग्राम" के लिए आसान और स्पष्ट होनी चाहिए, सिस्टम को अधिक कार्यक्षमता ले जाने में सक्षम होना चाहिए। उन्होंने तुरंत याद किया कि प्रकृति में इस तरह के स्व-संयोजन सिस्टम पहले से मौजूद हैं और पूरी तरह से काम करते हैं - ये सभी जीवित जीवों के मैक्रोमोलेक्यूल हैं, उदाहरण के लिए, प्रोटीन। यहां पहली निराशा आती है - प्रोटीन बहुत जटिल हैं, उनकी तीन आयामी संरचना पूरी तरह से गैर-स्पष्ट तरीके से गैर-सहसंयोजक बातचीत की भीड़ द्वारा दी जाती है, और एक मनमाना संरचना के साथ एक प्रोटीन प्राप्त करना अभी भी एक बिल्कुल गैर-तुच्छ और अयोग्य समस्या है। यही है, आवश्यक नैनो-आकार की वस्तुओं के निर्माण के लिए प्रोटीन का उपयोग करना तकनीकी रूप से असंभव है। क्या करें? यह पता चला है कि अन्य मैक्रोमोलेक्यूल हैं, जिनकी संरचना प्रोटीन की संरचना की तुलना में बहुत सरल है।

1953 में, वाटसन और क्रिक ने डीएनए संरचना का अपना मॉडल प्रकाशित किया, जो बिल्कुल सही निकला। डीएनए (डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड) एक दिलचस्प संरचित रैखिक बहुलक है। एक डीएनए स्ट्रैंड में एक नीरस रूप से दोहराए जाने वाले चीनी-फॉस्फेट रीढ़ होते हैं (यह असममित है और इसकी एक दिशा है, श्रृंखला के 5 'और 3' छोर प्रतिष्ठित हैं), हालांकि, चार न्यूक्लियोटाइड्स में से एक प्रत्येक चीनी से जुड़ा होता है (डीएनए के मामले में डीऑक्सीराइबोस) "न्यूक्लियोटाइड के आधार का पर्याय" ") - एडेनिन, या थाइमिन, या साइटोसिन, या ग्वानिन। आमतौर पर उन्हें एक अक्षर से दर्शाया जाता है - ए, टी, सी, जी। इस प्रकार, प्रोटीन में 20 अमीनो एसिड के विपरीत, डीएनए में केवल 4 प्रकार के मोनोमर्स होते हैं, जो डीएनए की संरचना को बहुत सरल बनाता है। तब यह और भी मज़ेदार हो जाता है - तथाकथित "वॉटसन-क्रिकोवा बेस पेयरिंग" है: एडेनिन विशेष रूप से थाइमिन को बाँध सकता है, और साइटोसिन के लिए गुआनाइन, जोड़े ए-टी और जी-सी (और टी-ए और सी-जी भी बना सकता है)। ), एक सरलीकृत मामले में न्यूक्लियोटाइड के बीच अन्य इंटरैक्शन को असंभव माना जा सकता है (वे कुछ दुर्लभ परिस्थितियों में अपवाद के रूप में संभव हैं, लेकिन हमारे लिए यह महत्वपूर्ण नहीं है)। वाटसन-क्रिक बेस पेयरिंग को पूरक भी कहा जाता है।



दो डीएनए श्रृंखलाएं, जिनमें से आधार अनुक्रम पूरक है, तुरंत "एक साथ छड़ी" एक डबल हेलिक्स में। प्रश्न उठता है: क्या होगा यदि दो पूरक क्षेत्र एक ही डीएनए श्रृंखला पर हैं? उत्तर: डीएनए श्रृंखला झुक सकती है और पूरक क्षेत्र एक डबल हेलिक्स का निर्माण कर सकते हैं, और साथ में झुकते हुए, इस संरचना को "हेयरपिन" कहा जाएगा:


दो पूरक डीएनए किस्में के "आसंजन" के लिए आधार क्या है (या, इसी तरह, एक ही तार के दो पूरक भागों)? यह इंटरैक्शन हाइड्रोजन बॉन्ड पर आधारित है। एटी जोड़ी दो हाइड्रोजन बांड, जी - सी जोड़ी द्वारा तीन से जुड़ी हुई है, इसलिए यह जोड़ी अधिक ऊर्जावान रूप से स्थिर है। हाइड्रोजन बॉन्ड के बारे में, किसी को निम्नलिखित को समझना चाहिए: एक हाइड्रोजन बॉन्ड (5 kcal / mol) की ऊर्जा तापीय गति की ऊर्जा से अधिक नहीं होती है, जिसका अर्थ है कि एकल हाइड्रोजन बंधन को थर्मल गति द्वारा उच्च संभावना के साथ नष्ट किया जा सकता है। हालांकि, अधिक हाइड्रोजन बॉन्ड, सिस्टम जितना अधिक स्थिर हो जाता है। इसका मतलब यह है कि पूरक डीएनए बेस के छोटे खंड एक स्थिर डबल हेलिक्स नहीं बना सकते हैं, यह आसानी से "पिघल" जाएगा, हालांकि लंबे समय तक पूरक अनुभाग पहले से ही स्थिर संरचना बना सकते हैं। डबल-असहाय संरचना की स्थिरता एक पैरामीटर द्वारा व्यक्त की जाती है - पिघलने का तापमान (टीएम, पिघलने का तापमान)। परिभाषा के अनुसार, गलनांक वह तापमान होता है जिस पर किसी दिए गए लंबाई और न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम के साथ 50% डीएनए अणु एक डबल-असहाय अवस्था में होते हैं और अन्य 50% पिघले हुए एकल-असहाय अवस्था में होते हैं। जाहिर है, पिघलने का तापमान सीधे पूरक क्षेत्र की लंबाई पर निर्भर करता है (लंबे समय तक पिघलने का तापमान) और न्यूक्लियोटाइड रचना (चूंकि जी-सी जोड़ी में तीन हाइड्रोजन बांड हैं और एटी जोड़ी में दो, अधिक जोड़े) -सी, उच्च गलनांक)। किसी दिए गए डीएनए अनुक्रम के लिए पिघलने बिंदु को एक अनुभवजन्य रूप से व्युत्पन्न सूत्र का उपयोग करके आसानी से गणना की जाती है ।

सिद्धांत से अभ्यास तक

इसलिए, हमने सिद्धांत का अध्ययन किया है। हम व्यवहार में क्या कर सकते हैं? रासायनिक संश्लेषण का उपयोग करते हुए, हम सीधे लंबाई में 120 न्यूक्लियोटाइड तक डीएनए स्ट्रैंड को संश्लेषित कर सकते हैं (बस फिर उत्पाद की उपज तेजी से गिरती है)। यदि हमें एक लंबी श्रृंखला की आवश्यकता है, तो इसे आसानी से उन रासायनिक संश्लेषित टुकड़ों से लंबाई में 120 न्यूक्लियोटाइड तक इकट्ठा किया जा सकता है (उदाहरण के लिए, अंकल क्रेग वेंटर ने डीएनए के टुकड़ों को 1.08 मिलियन बेस जोड़े के रूप में इकट्ठा करने से अलग किया)। यानी 21 वीं सदी में, हम आसानी से और सस्ते में किसी भी अनुक्रम का डीएनए बना सकते हैं जो हम चाहते हैं। और हम चाहते हैं कि डीएनए को हर तरह की पेचीदा और जटिल संरचनाओं में बदल दिया जाए जिसका हम उपयोग कर सकते हैं। इसके लिए, हमारे पास पूरकता का सिद्धांत है - जैसे ही पूरक क्षेत्र डीएनए अनुक्रम में दिखाई देते हैं, वे एक साथ चिपक जाते हैं और एक डबल-असहाय क्षेत्र बनाते हैं। जाहिर है, हम कमरे के तापमान पर संरचनाओं को स्थिर बनाना चाहते हैं, इसलिए हम इन क्षेत्रों के पिघलने के तापमान की गणना करना चाहते हैं और इसे काफी बड़ा बना सकते हैं। इसके अलावा, एक डीएनए स्ट्रैंड पर हम विभिन्न अनुक्रमों के साथ कई अलग-अलग क्षेत्र बना सकते हैं और केवल पूरक एक साथ चिपक जाएंगे। चूंकि कई पूरक क्षेत्र हो सकते हैं, परिणामस्वरूप, अणु एक जटिल तरीके से जमावट कर सकते हैं! कुछ इस तरह, उदाहरण के लिए:



इसके अलावा, सकारात्मक डिजाइन के अलावा (ऐसे क्षेत्रों का निर्माण जो हमें आवश्यक संरचना का निर्माण कर सकते हैं), स्व-संयोजन के साथ संरचनाओं को डिजाइन करते समय, हमें नकारात्मक डिजाइन के बारे में नहीं भूलना चाहिए - हमें सहज बातचीत की संभावित उपस्थिति के लिए परिणामी डीएनए अनुक्रम की जांच करने की आवश्यकता है (जब हम निर्मित क्षेत्रों के कुछ हिस्सों को बातचीत करने में सक्षम होते हैं दूसरे के लिए, परजीवी संरचनाओं का हमारे लिए अनावश्यक बनना) और डीएनए के न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम को बदलकर इन परजीवी संरचनाओं और अंतःक्रियाओं से छुटकारा पाना। सबसे सरल हेयरपिन डीएनए संरचना कैसे प्राप्त करें यह काफी स्पष्ट है, लेकिन उबाऊ और निर्बाध है। क्या डीएनए के बाहर कुछ और जटिल बनाना संभव है? यहां आप कंप्यूटर कंप्यूटिंग के बिना नहीं कर सकते। हम एक निश्चित संरचना चाहते हैं और अब हमें एक डीएनए अनुक्रम का चयन करने की आवश्यकता है जो पूरक क्षेत्रों की बातचीत के कारण इस संरचना में बदल जाएगा, लेकिन साथ ही उस अनुक्रम में कोई भी परजीवी बातचीत नहीं होनी चाहिए जो पूरक क्षेत्रों द्वारा प्रदान नहीं की जाती है - वैकल्पिक संरचनाएं। साथ ही, संरचना को अन्य मानदंडों को पूरा करना चाहिए, उदाहरण के लिए, एक निश्चित सेट मान के ऊपर एक पिघलने बिंदु है। नतीजतन, हमारे पास एक विशिष्ट अनुकूलन समस्या है।

द्वि-आयामी डीएनए संरचनाएं

2006 में पॉल रोटेमंड (कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी) द्वारा एक पद्धतिगत सफलता हासिल की गई थी, यह वह था जिसने "डीएनए पारा" शब्द गढ़ा था। नेचर में अपने लेख में उन्होंने डीएनए से बनी कई मज़ेदार दो आयामी वस्तुओं का परिचय दिया। उनके द्वारा प्रस्तावित सिद्धांत काफी सरल है: एक लंबे (लगभग 7000 न्यूक्लियोटाइड्स) ले लो "समर्थन" एकल-फंसे डीएनए अणु और फिर, सैकड़ों छोटी डीएनए क्लिप का उपयोग करते हुए, एक समर्थन अणु के साथ डबल-असहाय क्षेत्रों का निर्माण, समर्थन डीएनए को दो-आयामी संरचना में मोड़ें जिसकी हमें ज़रूरत है। यहां मूल लेख से एक चित्र है, जो विकास के सभी चरणों का प्रतिनिधित्व करता है। (ए) के साथ शुरू करने के लिए हम लाल रंग में अपनी जरूरत के आकार को आकर्षित करेंगे और यह पता लगाएंगे कि इसके डीएनए में कैसे भरना है (पाइप के रूप में इस स्तर पर इसकी कल्पना करें)। अगला (बी) हम प्रस्तुत करेंगे कि हमें जिस आकार की ज़रूरत है (काली रेखा द्वारा दिखाया गया है) में एक लंबे समर्थन अणु को कैसे आकर्षित किया जाए। तीसरे चरण में (सी), हम उस बारे में सोचेंगे जहां हम "क्लिप" को रखना चाहते हैं जो लंबे समर्थन श्रृंखला के बिछाने को स्थिर करता है। चौथा चरण (डी): अधिक विवरण, हमें आश्चर्य है कि हमें जिस डीएनए संरचना की आवश्यकता है, वह कैसा दिखेगा और आखिरकार, (ई) हमारे पास आवश्यक संरचना का एक आरेख है, हम वांछित अनुक्रम के डीएनए का आदेश दे सकते हैं!



रासायनिक रूप से संश्लेषित डीएनए से हमें जिस संरचना की आवश्यकता है, उसे कैसे इकट्ठा किया जाए? पिघलने की प्रक्रिया यहां बचाव के लिए आती है। हम एक जलीय घोल के साथ एक टेस्ट ट्यूब लेते हैं, इसमें सभी डीएनए अंशों को फेंकते हैं और इसे 94-98 temperature तक गर्म करते हैं, वह तापमान जो सभी डीएनए को पिघलाने की गारंटी देता है (इसे एकल-फंसे हुए रूप में अनुवाद करता है)। फिर हम बस बहुत धीरे-धीरे (कई घंटों के लिए, कुछ दिनों के लिए कुछ कार्यों में) ट्यूब को कमरे के तापमान तक ठंडा करते हैं (इस प्रक्रिया को एनालिंग कहा जाता है)। इस धीमी गति से शीतलन के साथ, जब तापमान पर्याप्त रूप से कम हो जाता है, तो हमें आवश्यक डबल-स्ट्रैंड संरचनाएं धीरे-धीरे बनती हैं। प्रत्येक प्रयोग में मूल काम में, लगभग 70% अणुओं को सफलतापूर्वक वांछित संरचना में इकट्ठा किया गया था, बाकी में दोष थे।

इसके अलावा, संरचना की गणना के बाद, यह साबित करना अच्छा होगा कि यह ठीक वैसा ही हो रहा है जैसा हमें चाहिए। इसके लिए, परमाणु बल माइक्रोस्कोपी का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है, जो कि अणुओं के सामान्य आकार को पूरी तरह से दिखाता है, लेकिन कभी-कभी क्रायो-ईएम (इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी) का भी उपयोग किया जाता है। लेखक ने डीएनए से बहुत सारे मजेदार रूप बनाए, चित्र गणना किए गए संरचनाओं और परमाणु ऊर्जा माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके संरचनाओं के प्रयोगात्मक निर्धारण के परिणाम को दर्शाते हैं। इसका आनंद लें!

3 डी डीएनए संरचनाएं

जब हमने जटिल समतल वस्तुओं के निर्माण का पता लगाया, तो तीसरे आयाम पर क्यों नहीं चले गए? यहाँ, अग्रदूत ला हॉल, कैलिफ़ोर्निया के स्क्रिप्स इंस्टीट्यूट के लोगों का एक समूह थे, जिन्होंने 2004 में पता लगाया था कि डीएनए से नैनो-ऑक्टाहेड्रॉन कैसे बनाया जाता है । हालाँकि यह काम फ्लैट डीएनए ओरिगेमी की तुलना में 2 साल पहले किया गया था, उस समय केवल एक विशेष मामले को हल किया गया था (डीएनए से एक ऑक्टाहेड्रॉन प्राप्त करना), और डीएनए ओरिगामी पर काम में एक सामान्य समाधान प्रस्तावित किया गया था, यही कारण है कि 2006 का डीएनए डीएनए पर काम करता है मौलिक माना जाता है।

ऑक्टाहेड्रोन एकल-फंसे डीएनए अणु से लगभग 1,700 न्यूक्लियोटाइड्स की लंबाई के साथ बनाया गया था, जिसमें पूरक क्षेत्र हैं और यह पांच 40-न्यूक्लियोटाइड डीएनए एडेप्टर द्वारा भी शामिल किया गया था, जिसके परिणामस्वरूप 22 नैनोमीटर के व्यास के साथ एक ऑक्टाहेड्रोन था।
आकृति में, ऑक्टाहेड्रोन के दो-आयामी स्कैन पर रंग कोडिंग पर ध्यान दें। एक ही रंग के साथ चिह्नित क्षेत्रों को देखें? वे दोनों पूरक क्षेत्र (अनुप्रस्थ बंधों से जुड़े समानांतर खंड) और गैर-पूरक (आरेख में वे बुलबुले के रूप में दिखाए गए हैं), जबकि एक ही रंग के क्षेत्र, दो आयामी स्कैन के विभिन्न हिस्सों में स्थित हैं, एक दूसरे से बातचीत करते हैं, एक जटिल संरचना का निर्माण करते हैं। चित्रा 1 सी और तीन आयामी टेट्राहेड्रोन का गठन चेहरा। सुंदर चित्रों का आनंद लें!




2009 में, बोस्टन और हार्वर्ड विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों ने मधुमक्खी छत्ते की समानता में, तीन आयामी डीएनए ओरिगेमी के निर्माण के सिद्धांतों को प्रकाशित किया। इस काम की उपलब्धियों में से एक यह है कि लोगों ने तीन-आयामी डीएनए संरचनाओं के निर्माण के लिए ओपन-सोर्स प्रोग्राम caDNAno लिखा था (यह ऑटोडेस्क माया पर काम करता है)। इस कार्यक्रम के साथ, यहां तक ​​कि एक आम आदमी भी सरल ग्राफिकल इंटरफ़ेस का उपयोग करके तैयार किए गए ब्लॉकों से वांछित संरचना को इकट्ठा कर सकता है, और कार्यक्रम आवश्यक डीएनए अनुक्रम (या अनुक्रम) की गणना करेगा जो इस संरचना में मुड़ा हुआ है।





अपने अगले काम में, उन्होंने सीखा कि कैसे जटिल वक्रता वाले डीएनए से बाहर की जटिल त्रि-आयामी वस्तुओं को बनाया जा सकता है और विज्ञान पत्रिका के पाठकों को डीएनए से बने विभिन्न घुमावदार वस्तुओं के सुंदर चित्रों के साथ (इस तरह के शांत गियर्स निकला!)।

आवधिक संरचनाएं

अब तक, वैज्ञानिकों ने गैर-आवधिक डीएनए संरचनाओं के साथ खेला है। लेकिन क्या होगा अगर हम इस तरह की संरचना बनाते हैं ताकि एक ब्लॉक दूसरे के साथ एक ही ब्लॉक के साथ बातचीत कर सके, और इसी तरह से एड इन्फिनिटम? एक दूसरे से 90 डिग्री के कोण पर स्थित तीन खंडों की कल्पना करें (एक एंटी-टैंक हेजहोग की तरह)। जाहिर है, इस तरह की संरचना एक अनंत घन जाली का एक नोड हो सकती है यदि इस तरह के हेजहॉग के प्रत्येक पक्ष इस तरह के दूसरे हेजहोग के साथ बातचीत करते हैं। यह विचार था जो 2010 में न्यूयॉर्क के वैज्ञानिकों द्वारा व्यवहार में लाया गया था, उन्होंने एक ऐसा हेजहोग डीएनए बनाया, जिसने तुरंत तीन आयामी जाली का गठन किया, जो कि डीएनए से एक क्रिस्टल है, इसलिए उन्होंने उस डीएनए को इस तरह की संरचना दिखाने के लिए एक्स-रे विश्लेषण का उपयोग किया। वे क्या चाहते थे। बदले में, चूंकि डीएनए क्रिस्टल का आकार आधा मिलीमीटर तक था (और यह पहले से ही एक मैक्रो ऑब्जेक्ट है), यह गर्व से कहा गया था कि अब हम नैनो-ऑब्जेक्ट्स से मैक्रो ऑब्जेक्ट्स को इकट्ठा कर सकते हैं।



यहां जाली नोड की एक स्टीरियो-छवि है, यदि आप अपनी आंखों को सही ढंग से मसल सकते हैं (यह एक प्रत्यक्ष स्टीरियो जोड़ी है), तो आप 3 डी में देख सकते हैं (डीएनए के इलेक्ट्रॉन घनत्व के साथ निचले चित्र में दो नोड स्पष्ट रूप से दिखाई देते हैं - "एंटी-टैंक हेजहॉग्स"):

गतिशील संरचनाएं

तीन-आयामी नैनो-ऑब्जेक्ट्स के निर्माण में अगला कदम भी स्पष्ट है - लेकिन क्या होगा अगर आप इसे किसी तरह आगे बढ़ाते हैं? एक चलती वस्तु को पहले से ही एक नैनो-रोबोट कहा जा सकता है। सबसे सरल डीएनए वॉकर कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी की एक टीम ने 2008 में बनाया था। यह काफी सरल सिद्धांत पर काम करता है। 100 न्यूक्लियोटाइड्स की लंबाई के साथ एकल-फंसे डीएनए की कल्पना करें। पहले अणु के आधे हिस्से के पूरक, 50-न्यूक्लियोटाइड लंबे, एक और फंसे डीएनए की कल्पना करें। इन्हें मिलाने से क्या होगा? यह सही है, वे इन 50 न्यूक्लियोटाइड्स के क्षेत्र में एक डबल-असहाय संरचना बनाते हैं, पहले अणु का दूसरा भाग मुक्त रहेगा। लेकिन क्या होगा अगर हम एक और डीएनए अणु जोड़ते हैं, 100 न्यूक्लियोटाइड्स लंबे और पूरी तरह से पहले अणु के पूरक हैं, इस संरचना के लिए? उत्तर काफी स्पष्ट है: यह 50 न्यूक्लियोटाइड्स की लंबाई के साथ एक छोटी श्रृंखला को विस्थापित करेगा, क्योंकि इसमें पहले अणु के लिए एक बड़ी आत्मीयता है (उनके पास 100 में से 100 का एक आत्मीयता है, और एक छोटे से 100 न्यूक्लियोटाइड में से केवल एक के साथ)। इस तरह पहले डीएनए वॉकर ने काम किया। एकल-फंसे हुए डीएनए अणु सब्सट्रेट से जुड़े होते हैं, एक कदम-वॉकर अणु समाधान से उनके पास आता है, जिसमें सब्सट्रेट पर दो आसन्न श्रृंखलाओं के पूरक क्षेत्र होते हैं और उन्हें बांधता है। यदि हम तब समाधान में पहली श्रृंखला के लिए अधिक आत्मीयता वाले दूसरे डीएनए को जोड़ते हैं, तो यह वॉकर के एक पैर को विस्थापित कर देगा, जिसके बाद यह पैर सब्सट्रेट पर अगले (तीसरे) डीएनए श्रृंखला से बंध जाएगा। नए विस्थापित डीएनए को जोड़ने से वाकर को सब्सट्रेट के साथ और आगे बढ़ाया जा सकता है। एक रिवर्स स्ट्रोक संभव नहीं है, क्योंकि सब्सट्रेट पर पिछली चेन पहले से ही लंबे समय तक डीएनए अणु से बंधे हुए निष्क्रिय हैं।



हालांकि पहले वॉकर इतने आदिम दिखते थे, डिजाइन को न्यूयॉर्क के वैज्ञानिकों द्वारा अंतिम रूप दिया गया था। उन्होंने कई "हथियार" और "पैर" के साथ एक अधिक जटिल वॉकर बनाया, "कार्गो" (5 और 10 एनएम के व्यास के साथ सोने के कणों) को सब्सट्रेट के पूरक डीएनए का उपयोग किया, और वॉकर को "क्रमादेशित" किया ताकि यह सब्सट्रेट के साथ गुजर जाए और भार एकत्र किया। - तीन छोटे और एक बड़े सोने के कण। चरणों के अनुक्रम को आसानी से तीर द्वारा ट्रैक किया जा सकता है, और सोने के कण दाईं ओर प्रयोगात्मक तस्वीर में दिखाई देते हैं और एक वॉकर उन्हें इकट्ठा करता है। एक्शन में नैनो-रोबोट! नीचे की तस्वीर दिखाती है कि "चलने" और कार्गो को इकट्ठा करने की प्रक्रिया वास्तव में कैसे होती है, सिद्धांत एक ही है, एक डीएनए का दूसरे द्वारा विस्थापन।




लेकिन यह सब नहीं है। डीएनए रोबोटिक्स का ताज (मुझे लगता है कि हम अपनी आवाज़ में कुछ व्यंग्य सुनते हैं) "आणविक परिवहन के लिए नैनोरोबोट" था , जैसा कि बोस्टन में रचनाकारों ने इसे नाम दिया। वास्तव में, लोगों ने डीएनए का एक प्रकार का "बॉक्स" बनाया, जो डीएनए के "लॉक" के साथ बंद है, जिसे वॉकर के रूप में, एक डीएनए को दूसरे के साथ भीड़ के पहले से ही ज्ञात सिद्धांत के अनुसार खोला जा सकता है। एक कार्गो बॉक्स के अंदर छिपा हुआ है - सोने के कण या इम्युनोग्लोबुलिन अणु।डीएनए को रासायनिक रूप से संशोधित किया जा सकता है ताकि यह भार उस पर तय किया जा सके। तो, हमारे पास एक बंद बॉक्स है, बॉक्स की सामग्री सुरक्षित रूप से छिपी हुई है। यहां हम बॉक्स को खोलने वाले अणु को जोड़ते हैं, यह खुलता है और अंदर छिपा हुआ इम्युनोग्लोबुलिन, बाहर आता है और कार्य करना शुरू करता है! हम अपने हाथों को ताली बजाते हैं, चले जाते हैं, और प्रगति में आनन्दित होते हैं।



जीवित कैंसर कोशिकाओं पर सिद्धांत प्रदर्शन का प्रमाण बनाने के लिए लोग बहुत आलसी नहीं थे: उन्होंने एंटीबॉडी को एक चक्र में एक चक्र में कोशिका चक्र के प्रमुख प्रोटीन को अवरुद्ध करने के लिए छिपाया, कैंसर कोशिकाओं में बक्से डाले, और बॉक्स को खोलने वाले उत्प्रेरक को जोड़ने के बाद, कैंसर कोशिकाओं ने साझा करना बंद कर दिया! इस प्रकार, यह दिखाया गया था कि शरीर में लक्षित दवा वितरण के लिए ऐसी संरचनाओं का उपयोग करना संभव है और एक उत्प्रेरक अणु से संकेत द्वारा सही समय पर उनका अलगाव। एक समस्या बनी हुई है: कैसे एक कैंसर कोशिका को मज़बूती से एक स्वस्थ से अलग किया जा सकता है ...

बकरी बटन समझौते क्यों?

यह सब, ज़ाहिर है, महान और अच्छा है, चित्र सुंदर हैं, लेकिन चौकस पाठक पूछ सकते हैं: "और राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था के लिए शुरुआत में लाभ कहां से वादा किया गया है?" किसी भी नई तकनीक की तरह, वास्तव में कोई महान व्यावहारिक लाभ नहीं है, इसके अलावा इस नैनो-सौंदर्य पर विचार करने का सौंदर्य आनंद। हालाँकि, सब कुछ अभी शुरुआत है! सबसे पहले, डीएनए को रासायनिक रूप से संशोधित किया जा सकता है, रासायनिक समूहों को इसमें जोड़ा जा सकता है, जो अन्य अणुओं को बाध्यकारी प्रदान करते हैं, और फिर डीएनए का उपयोग अन्य अणुओं से जटिल संरचनाओं के निर्माण के लिए एक सब्सट्रेट के रूप में किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, अब हर कोई नैनोट्यूब से कुछ बनाना चाहता है। यदि आप एक एडाप्टर बना सकते हैं जो एक छोर को डीएनए और दूसरे को नैनोट्यूब से बांधता है, तो डीएनए संरचनाओं का उपयोग नैनोट्यूब को जोड़ने के लिए किया जा सकता है। दूसरी ओर, पहले से ही हैंडीएनए के नियंत्रित धातुकरण के बारे में संदेश , और यहां से धातुकृत डीएनए से बने संरचनाओं के आधार पर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को डिजाइन करना आसान पहुंच के भीतर है। हो सकता है कि वैज्ञानिक एक अधिक उपयुक्त बहुलक का आविष्कार करेंगे जो जटिल संरचनाओं की अधिक सुविधाजनक आत्म-विधानसभा प्रदान करता है, लेकिन किसी भी मामले में, डीएनए ओरिगामी विज्ञान के इतिहास में अपनी जगह लेगा, एक नैनो-स्केल पर जटिल वस्तुओं के निर्माण के पहले उदाहरणों में से एक के रूप में। जैसा कि यह हो सकता है, एक महान और उज्ज्वल भविष्य हमें इंतजार कर रहा है, जो मैं आपके लिए भी चाहता हूं!

पुनश्च: vxsw से दिलचस्प इसके अलावा :
"कुछ वर्षों के लिए, इस तरह के टुकड़ों के डिजाइन के लिए BIOMOD प्रतियोगिता को Wyss संस्थान के समर्थन के साथ आयोजित किया गया है (हाल ही में कई दिलचस्प जैव-प्रौद्योगिकीय उपलब्धियों में देखा गया है)मिनी बैटरी की 3 डी प्रिंटिंग )। ”

पीपीएस: पीएम में उन्होंने पूछा कि डीएनए क्यों, आरएनए नहीं। इसका उत्तर यह है: मैं दो मुख्य कारण देखता हूं: (1) डीएनए रासायनिक रूप से अधिक स्थिर है। सभी जीवित जीव RNases, एंजाइमों की एक बड़ी मात्रा को संश्लेषित करते हैं जो आरएनए को नष्ट करते हैं। यदि आप गलती से अपनी नंगी उंगली को आरएनए के साथ एक टेस्ट ट्यूब में डालते हैं, तो कुछ भी आरएनए नहीं रहेगा - हर कोई आरएनएएस को खा जाएगा। इसलिए, वे विशेष कमरों में आरएनए के साथ काम करते हैं और इसी तरह - डीएनए के साथ काम करने की तुलना में बहुत अधिक परेशानी होती है। डीएनए के साथ ऐसी समस्याएं नहीं हैं, आप एक टेस्ट ट्यूब में उंगली डालते हैं - डीएनए कुछ भी नहीं होगा। (2) आरएनए के रासायनिक संश्लेषण की लागत डीएनए संश्लेषण की लागत से कई गुना अधिक है। मुझे लगता है कि लोग डीएनए के साथ मज़े क्यों कर रहे हैं - सस्ता और आसान।