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PERDIXで誰でも2次元のDNA構造が作れる

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本記事は、“PERDIX” Can Transform Arbitrary Drawings Into 2D DNA Structures
翻訳・再構成したものです。
配信元または著者の許可を得て配信しています。

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読了時間 : 約2分7秒

・PERDIXは、フリーで描かれた絵を2DのDNA構造に変換する新しいオープンソースツールです。

・CADファイルを入力すると、10〜100nmの大きさのDNA構造に変換します。

・これらの合成DNA構造は、光通信、細胞生物学、量子コンピューティングなどの分野で使われることが期待されます。

 

DNAorigamiは、DNAを利用してナノスケールで任意の2Dおよび3D形状を作成する最も新しい技術の一つです(ここ数十年で開発されました)。長いDNA鎖は、最大300ヌクレオチドの複雑なステープル鎖に組みこまれます。

 

DNA分子は自己組織化する性質があるため、新しいDNAベースの材料を作ることができます。分岐したDNA分子を合成し、多面体構造に組みこむには、さまざまな自己組織化プロトコルが用いられます。また分岐したDNAモチーフは、DNAの2次元および3次元周期格子を作成するために開発することができます。

 

しかし、こうした取り組みには、足場を構造全体に誘導し、ステープル鎖の配列を構築するための複雑な設計が必要でした。数年前、MITの研究チームはこのプロセスを自動化する方法を構築し、今回、自由形式の2DドローイングをDNA構造に変換できる新しいツールを開発しました。

 

 

2次元DNAを印刷するためのオープンソースソフトウェア

PERDIX(Programmed Eulerian Routing for DNA Designs using X-over/ X-overを用いたDNAデザインのプログラムオイラー型ルーティング の略)と呼ばれる新しいプログラムでは、誰でも任意の二次元形状をDNAorigamiに変形させることができます。

 

あなたが専門家でなくても問題ありません。パソコンでスケッチを描き、CAD(コンピュータ支援設計)ファイルとして保存し、このプログラムに挿入するだけでよいのです。 あとはPERDIXに任せてください。2本の平行なDNA二重鎖で構成されるワイヤーフレームエッジを使用し、構造全体のルーティングを完全に自律的に行い、目標形状に構築することができます。

 

一度作成した配列は、ユーザーが目的の形状になるように配置することができます。今回の研究では、すべての辺に2本のDNA二重鎖が含まれる形状を生成することができました。しかし、より強固な、1辺あたり6本の二重鎖を利用できる作業ツールもあります。

 

PERDIX 2D dna structures研究者より提供

 

出来上がりは通常10~100の大きさで、緩衝液に浸しておけば、数ヶ月間安定に保つことができます。

 

 

アプリケーション

これまで、DNA構造体の構築には科学的知識が必要で、ほとんどの人が利用することはできませんでした。しかし、誰でも簡単にこの構造を構築できるようになり、さまざまな分野の大きな問題の解決につながる可能性があります。

 

科学者たちは、DNA粒子の全体的な構造を制御できるようになったので、複数の異なる分子を特定の位置で結合させることができるようになりました。これにより、抗原を分子レベルでテンプレート化し、細菌やウイルスに見られる抗原の特定の位置で免疫細胞がどのようにトリガーされるかを見ることができるようになります。

 

この技術は、光合成複合体として機能する光捕集回路の開発に利用できる可能性があります。科学者たちはすでに、DNA足場に発色団(光に感応する色素)を取り付けようとしています。このような回路を使えば、量子センシングや基礎的な作業を室温で行うことができるようになります。

 

このほか、合成DNA構造は、細胞内の高分子タンパク質の組織化に利用でき、低温電子顕微鏡による画像化が容易になります。

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