超分辨率系统显示微小的DNA沃克的力学

研究人员介绍了一种新型的“超分辨率显微镜和用它来发现微小结构背后的精确行走机制由DNA能找到生物医学和工业应用。

研究人员还演示了如何“DNA沃克”能够释放一种抗癌药物,代表一个潜在的新的生物医学技术,郑大世Hyun说崔普渡大学机械工程的副教授。

合成马达和行走系统设计复杂,画从环境和化学能量转换成机械运动。然而,因为他们太小了使用传统的光学显微镜观察,研究人员一直无法精确行走机制所涉及的步骤学习,知识完善的关键技术。

“如果你不能解决或监控这些步行者在行动,你将无法理解他们的机械操作,“崔说。

他率领一个普渡大学团队,解决了这个问题通过开发一个超分辨率显微系统设计研究DNA步行者。这项新发现发表在《科学》杂志1月20日。

世界各地的研究人员正在创建基于DNA和RNA合成汽车,细胞的遗传物质由一个序列的四种化学基地:腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶。设计灵感来自自然生物汽车,它们已进化到执行特定任务的关键细胞的功能。

普渡大学的研究人员设计了一个DNA步行系统组成的一个酶的核心和两臂。沃克旅行沿着碳纳米管跟踪“装饰”股RNA。这些RNA链的酶的核心劈开了段的沃克不断推进,绑定从RNA和收获能量。沃克移动的六步循环重复只要有RNA燃料。

荧光纳米颗粒与DNA沃克的一只胳膊,发出暴露在光光谱的可见部分。碳纳米管轨道也会发出荧光,当暴露在近红外光谱的一部分。因为新的超分辨率显微系统运行在可见和近红外光谱,可以跟踪走机制。

超分辨率技术允许研究人员解决结构特性远远小于可见光的波长,这通常是困难使用传统显微镜由于阿贝衍射极限,建立了物理学家恩斯特阿贝在1873年。极限是250纳米,这是大与小步行者相比,测量长约5纳米。

DNA沃克是暴露于激光、纳米颗粒和纳米管随机闪了。这些闪光捕获大量荧光点在成千上万的成像帧。这个集合点用于重建的精确运动沃克,在六步循环,涉及移动裂开的部分RNA链和收获其能源之前移动到下一个链。

研究结果显示三个主要步骤主导这种行走机制。

“所以,如果你可以控制这三个步骤在这个循环走,那么你可以真正学习和更好的控制这些步行者,”崔说。“你可以速度,你可以让他们停下来朝不同的方向。”

而它之前需要20小时或更长时间来研究一个完整的步行周期,新方法速度过程大约一分钟。

这篇论文是由研究生精锅;前博士生Tae-Gon Cha;研究生李Feiran Haorong陈;前本科生尼娜答:布拉格;和崔。

未来的研究将包括工作开发药物释放的方法。这项研究是由美国海军研究办公室和国家科学基金会。