DNA-rullator
En DNA-rullator är en klass av nukleinsyrananomaskiner där en nukleinsyra-"walker" kan röra sig längs ett nukleinsyra-"spår" . Konceptet med en DNA-walker definierades och namngavs först av John H. Reif 2003. En icke-autonom DNA-walker kräver externa förändringar för varje steg, medan en autonom DNA-walker fortskrider utan några yttre förändringar. Olika icke-autonoma DNA-walkers utvecklades, till exempel styrde Shin DNA-walkerns rörelse genom att använda "kontrollsträngar" som behövde läggas till manuellt i en specifik ordning enligt mallens sekvens för att få den önskade rörelsebanan. 2004 demonstrerades den första autonoma DNA-rullatorn, som inte krävde yttre förändringar för varje steg, experimentellt av Reif-gruppen.
DNA-vandrare har funktionella egenskaper som ett rörelseomfång som sträcker sig från linjär till 2- och 3-dimensionell, förmågan att plocka upp och lämna molekylär last, utföra DNA-mallad syntes och ökad rörelsehastighet. DNA-vandrare har potentiella tillämpningar som sträcker sig från nanomedicin till nanorobotik . Många olika bränslealternativ har studerats inklusive DNA-hybridisering , hydrolys av DNA eller ATP och ljus. DNA-walkerns funktion liknar den för proteinerna dynein och kinesin .
Roll inom DNA-nanoteknik
Att hitta en lämplig motor i nanoskala som kan utföra autonom, enkelriktad, linjär rörelse anses viktigt för utvecklingen av DNA-nanoteknik . Walkers har visat sig vara kapabla till autonom rörelse över linjära, 2-dimensionella och 3-dimensionella DNA-spår genom ett stort antal scheman. I juli 2005, Bath et al. visade att ett annat sätt att kontrollera DNA-rullatorns rörelse är att använda restriktionsenzymer för att strategiskt klyva "spåret", vilket orsakar rullatorernas framåtrörelse. Under 2010 visade två olika uppsättningar av forskare upp vandrarens mer komplexa förmåga att selektivt plocka upp och lämna molekylär last och att utföra DNA-mall syntes när vandraren rör sig längs banan. I slutet av 2015, Yehl et al. visade att tre storleksordningar högre än de rörelsehastigheter som setts tidigare var möjliga när man använde DNA-belagda sfäriska partiklar som skulle "rulla" på en yta modifierad med RNA som är komplementär till nanopartikelns DNA. RNas H användes för att hydrolysera RNA:t, frigöra det bundna DNA:t och tillåta DNA:t att hybridisera till RNA längre nedströms. År 2018, Valero et al. beskrev en DNA-walker baserad på två sammankopplade, katenerade cirkulära dubbelsträngade DNA (dsDNA) och ett konstruerat T7 RNA-polymeras (T7RNAP) som är fast fäst vid en av DNA-cirklarna. Denna statorring roterade i en riktning den sammankopplade rotorringen genom rullande cirkeltranskription (RCT), driven av hydrolys av nukleotidtrifosfat (NTP), och bildade därigenom en katenerad DNA-hjulmotor. Hjulmotorn producerar långa, repetitiva RNA-transkript som förblir fästa vid DNA-catenanen och används för att styra dess riktningsvandring längs fördefinierade ssDNA-spår arrangerade på ett DNA-nanorör .
Ansökningar
Tillämpningarna av DNA-vandrare inkluderar nanomedicin , diagnostisk avkänning av biologiska prover, nanorobotik och mycket mer. I slutet av 2015, Yehl et al. förbättrat DNA-rullatorns funktion genom att öka dess hastighet, och det har föreslagits som grund för en lågkostnads, lågteknologisk diagnostikmaskin som kan detektera enstaka nukleotidmutationer och tungmetallkontamination i vatten . 2018 designade Nils Walter och hans team en DNA-rullator som kan röra sig med en hastighet av 300 nanometer per minut. Detta är en storleksordning snabbare än takten för andra typer av DNA-rullatorer.