Informazione

Come imparare l'origami del DNA?


Puoi dirmi che ci sono buoni software e tutorial che possono essere usati per imparare DNA Origami. Sono nuovo a questo e voglio imparare dalle basi.

Grazie in anticipo per il vostro aiuto

a cura di: INSILICO


Prova questo.

cadnano semplifica e migliora il processo di progettazione di nanostrutture di origami di DNA tridimensionali. Attraverso le sue interfacce 2D e 3D di facile utilizzo, accelera la creazione di progetti arbitrari. Le regole incorporate all'interno di cadnano abbinate all'analisi agli elementi finiti eseguita da cando, forniscono una relativa certezza della stabilità delle strutture.


Idee per le attività del giorno del DNA

Concorso di saggi sul DNA Day di ASHG
Il concorso di saggi della Giornata del DNA dell'American Society of Human Genetics (ASHG) è aperto agli studenti delle classi 9-12 in tutto il mondo e chiede agli studenti di esaminare, mettere in discussione e riflettere su concetti importanti della genetica. Le iscrizioni sono ora aperte, tramite il link in fondo a questa pagina. La scadenza per la presentazione del saggio è mercoledì 3 marzo 2021 e i vincitori saranno annunciati durante il DNA Day (Venerdì 23 aprile 2021).

HHMI BioInteractive: Genetica
Coinvolgi i tuoi studenti in una discussione sui tratti – sia fisici che di personalità – e sui fattori che li influenzano. Questo piano di lezione incoraggia gli studenti a pensare come uno scienziato ea progettare un esperimento e presentarlo ai compagni di classe per un feedback. Non sono necessari materiali!

Risorse "15 per 15"
Scopri le risorse controllate che mettono in evidenza i progressi della genomica creati nell'ambito della celebrazione del 15° anniversario del completamento del progetto del genoma umano e della scoperta della doppia elica. Queste risorse forniscono una spiegazione dell'avanzamento, video che mettono in evidenza vari argomenti e come chiunque può impegnarsi nella scienza. Sono incluse anche risorse per il pubblico interessato, gli educatori e gli operatori sanitari.

Video didattici dell'Istituto nazionale di ricerca sul genoma umano (NHGRI)
Cinque video educativi prodotti da 42 Degrees North per NHGRI, che presentano la genomica in un modo visivamente sorprendente e facilmente comprensibile. I video presentano argomenti sulle lezioni apprese dal Progetto Genoma Umano, commenti di scienziati e politici su ciò che il genoma ci ha rivelato, cosa i test genetici possono e non possono dirci da dove veniamo, l'impatto che la medicina genomica può avere sui pazienti, e infine, una splendida presentazione sulla “danza” tra genoma e ambiente.

Estrazione del DNA della fragola
Questo video include tutto ciò che devi sapere su come estrarre il DNA dalle fragole. Scopri due modi facili e divertenti per estrarre il DNA dalle fragole fresche o congelate, come spiegato dal Dr. Eric Green e dalla Dr. Carla Easter. C'è un poster stampabile dell'attività, che è disponibile anche in spagnolo.

Moduli per la divulgazione in aula di NC DNA Day Il programma per gli ambasciatori della Giornata del DNA della Carolina del Nord ha progettato moduli per la divulgazione in classe, tra cui diapositive di presentazione, protocolli di attività, guide per i presentatori e dispense. I titoli dei moduli includono "Epigenetica", "La scienza dietro le sigarette elettroniche", "Medicina personalizzata" e "Forensics".

BLOSSOMS Videoteca della lezione del MIT
Lezioni video create dagli insegnanti su una serie di argomenti tra cui lezioni sul DNA nei campi dell'evoluzione umana, della medicina legale, della biologia del cancro e dello studio degli animali. Alcuni video sono allineati a NGSS.

Chiedi a un biologo dell'ASU
Chiedi a un biologo dell'Arizona State University è stato creato principalmente per l'uso da parte di studenti e insegnanti di K-12 e studenti per tutta la vita. Gli strumenti consentono agli utenti di porre domande relative alla biologia a professionisti del settore che offrono volontariamente il loro tempo per rispondere.

Cronologia del genoma umano da Genome: sbloccare il codice della vita
Ripercorri i momenti chiave della ricerca genetica e genomica. A partire dal lavoro di Mendel con i piselli a metà del 1800, la cronologia include importanti eventi di riferimento nella genetica e nella genomica e culmina con il completamento del Progetto Genoma Umano.

Cronologia del DNA antico da Genome: sbloccare il codice della vita
All'inizio degli anni '80, gli scienziati hanno iniziato a isolare il DNA antico da fonti come esemplari di musei, reperti archeologici, resti fossili, feci fossilizzate, carote di ghiaccio permafrost e altre insolite fonti di DNA. Questa linea temporale delinea la storia dei ricercatori in molti campi, recuperando informazioni genetiche da campioni antichi e rendendo la ricerca sul DNA antico una fertile area di collaborazione tra istituti di ricerca e musei.

Il genoma animato di Genome: sbloccare il codice della vita
Un bellissimo video animato informativo su cos'è un genoma e perché è importante per ognuno di noi. Questo video spiega in modo chiaro e semplice il codice tripletta del DNA, la replicazione del DNA, gli usi forensi e genealogici del DNA e molto altro.

Genomica e identità umana - Lezione 1 da Genome: sbloccare il codice della vita
Genomica e identità umana, una nuova entusiasmante risorsa didattica per le classi 7-12, è stata ispirata dalla mostra del museo NHGRI/Smithsonian, Genome: Unlocking Life's Code e sviluppata con il supporto della Promega Corporation. Questa risorsa gratuita per la classe include il manuale dell'insegnante, le dispense per gli studenti e diapositive PowerPoint supplementari. Il programma della lezione introduce quattro tratti umani facilmente osservabili e le loro variazioni e identifica le differenze tra le sequenze di DNA di due individui.

Genomica e identità umana - Lezione 2 da Genome: sbloccare il codice della vita
Genomica e identità umana Lezione 2, una nuova entusiasmante risorsa didattica per le classi 9-12, è stata ispirata dalla mostra del museo NHGRI/Smithsonian, Genome: Unlocking Life's Code e sviluppata con il supporto della Promega Corporation. Questa risorsa gratuita per la classe include il manuale dell'insegnante, le dispense per gli studenti e diapositive PowerPoint supplementari. Questa lezione porta gli studenti più a fondo nel genoma umano rispetto alla Lezione 1 - e nel mondo oscuro degli attacchi di squali e dell'analisi forense.

Insegnare l'evoluzione attraverso esempi umani da NMNH
Il progetto "Teaching Evolution through Human Examples" è prodotto dallo Smithsonian National Museum of Natural History (NMNH). Questi robusti strumenti per insegnare l'evoluzione sono stati creati appositamente per le lezioni di biologia AP, ma sono utili anche nelle lezioni di biologia di base. Le sue quattro unità didattiche si concentrano su: Adattamento all'altitudine Malaria Evoluzione del colore della pelle umana e cosa significa essere umani? I materiali includono anche una risorsa sulla sensibilità culturale e religiosa.

In & Beyond Africa from Genome: Unlocking Life's Code
"In & Beyond Africa" ​​è un insieme animato di risorse didattiche interattive liberamente accessibili sul sito web di Genome: Unlocking Life's Code. Sottotitolato "segui il nostro viaggio genomico", questo gioco interattivo si apre con una panoramica delle migrazioni umane in tutta l'Africa e oltre e contiene cinque minigiochi incentrati su temi dello sviluppo umano.

Centro informazioni sulle malattie genetiche e rare (GARD)
GARD offre una vasta gamma di informazioni online facilmente accessibili sulle malattie genetiche e rare provenienti da risorse NIH, testi medici, riviste scientifiche, siti di difesa delle malattie e database medici. Adatto a insegnanti, studenti e al pubblico in generale interessato alle malattie rare e al loro trattamento: questa risorsa fornisce informazioni affidabili e aggiornate.

Libreria multimediale di Genome: sbloccare il codice della vita
Il database multimediale Genome: Unlocking Life's Code è composto da illustrazioni, animazioni e app mobili scaricabili gratuitamente, prive di copyright e relative a genetica, genomica e argomenti discussi sul sito Web e nella mostra NHGRI/Smithsonian Genome: Unlocking Life's Code.

Trovare il nostro Neanderthal interiore: Dr Svante Paabo
Il DNA degli esseri umani estinti può fornire un indizio sulle nostre origini? Ascolta il noto ricercatore, il dott. Svante Paabo, discutere le sue ricerche rivoluzionarie sulle nuove connessioni genetiche e geografiche tra l'Homo sapiens e i nostri antichi antenati. Il video dura 90 minuti e ha i sottotitoli.

MagicEye Immagini 3D della genetica dal genoma: sbloccare il codice della vita
Vertigini e delizia i tuoi amici, familiari, insegnanti o studenti con queste tre immagini MagicEye a tema genetico. Queste immagini ritraggono l'effetto 3D completo sullo schermo di un computer o quando vengono stampate su una normale stampante a colori.

Glossario parlante dei termini genetici di NHGRI
Il "Glossario parlante dei termini genetici" è uno strumento di apprendimento creato dal National Human Genome Research Institute (NHGRI) progettato per essere utilizzato da insegnanti, studenti e pubblico in generale per aiutare a spiegare i termini utilizzati nella moderna genetica e genomica. Presenta le voci dei principali scienziati della genetica che spiegano la definizione di ciascun termine con parole proprie. Il glossario parlante è disponibile online nelle versioni in lingua inglese e spagnola ed è disponibile in inglese come app per iPhone o iPad scaricabile gratuitamente.

Strumenti per insegnare o conoscere Gregor Mendel da Genome: Unlocking Life's Code
Ecco dieci risorse per portare Mendel in vita nella tua classe o per affinare le tue conoscenze personali. Dai un'occhiata a questi importanti strumenti tra cui lo storico documento di Mendel del 1865, animazioni interattive, piani di lezione, discorsi TEDed e altro ancora.

Attività dell'albero dei tratti dal genoma: sbloccare il codice della vita
Cerchi una grande attività da fare a una fiera o festival della scienza? O in classe con i tuoi studenti? Prova questa fantastica attività dell'albero dei tratti! I partecipanti tengono traccia dei loro tratti ereditari lungo l'albero e trovano quale combinazione di tratti hanno tra le 16 possibili opzioni. Tieni traccia delle risposte dei partecipanti durante il giorno facendo loro aggiungere un piccolo oggetto (fagiolo, marmo, provetta per microcentrifuga) a uno dei 16 barattoli di vetro allineati con le possibili combinazioni di tratti. Incoraggia le persone a rivisitare lo stand per vedere quanto sia comune o non comune la loro combinazione di tratti tra il gruppo in fiera. Per un altro giro sull'attività: Un albero di tratti genetici

Prove visibili: viste forensi del piano di lezione sul corpo di NLM
La National Library of Medicine (NLM) ha creato questa lezione intitolata "DNA - A Molecular Identity". Nella lezione 1, gli studenti imparano cos'è il DNA e diverse tecniche di tipizzazione del DNA. Nella lezione 2, gli studenti esaminano tre diverse situazioni in cui la tipizzazione del DNA è stata utilizzata per fare giustizia. Gli studenti identificano e valutano anche i diversi usi delle tecniche di tipizzazione del DNA e i suoi possibili benefici e abusi.

Tour della genetica di base di GSLC
Il Tour of Basic Genetics del Genetic Science Learning Center (GSLC) dell'Università dello Utah illustra semplici spiegazioni di una serie di termini genetici chiave, tra cui "Cos'è un gene?", "Cos'è il DNA?" e "Cos'è l'ereditarietà?" Queste spiegazioni in un linguaggio chiaro e semplice sono abbinate a immagini utili che consentono ai partecipanti di comprendere appieno questa importante terminologia.

Risorse di epigenetica da GSLC
Questa serie di risorse sull'epigenetica del Genetic Science Learning Center (GSLC) dell'Università dello Utah include un video introduttivo chiamato "The Epigenome at a Glance", una serie di strumenti interattivi che dimostrano i concetti chiave dell'epigenetica e altre grandi risorse che esplorano la relazione tra epigenetica e nutrizione, cervello, ereditarietà e altro ancora.

Video informativi da dichiarato chiaramente
Questi coinvolgenti video animati di Stated Clearly spiegano accuratamente le basi della genetica e dell'evoluzione. Insieme fungono da corso introduttivo a questi campi di studio, con video tra cui "Cos'è esattamente un gene?", "Cos'è il DNA e come funziona?" e "Come si evolvono le nuove informazioni genetiche?"

Oltre il DNA - Infografica sull'epigenetica di Genetic Alliance
Questa risorsa di Genetic Alliance - "Beyond The DNA - Your Informative Guide to Epigenetics & Health" - illustra come funziona l'epigenetica e cosa significa per te in modo divertente e interattivo.

Caratteristiche dell'ereditarietà da GSLC
Questa serie di risorse del Genetic Science Learning Center (GSLC) dell'Università dello Utah sulle caratteristiche dell'ereditarietà copre domande difficili come "Cos'è l'ereditarietà?" e "Cos'è un tratto?" con un linguaggio semplice. Queste risorse includono anche informazioni sull'eredità specifica di esempi di geni e dieci attività semplici e stampabili per conoscere i tratti con la tua famiglia o classe.

Colorare con le pagine del libro da colorare di scienza cellulare
Vuoi celebrare il DNA Day con un pubblico più giovane? O solo i giovani di cuore? Enjoy Coloring with Cell di Cell Press: pagine di libri da colorare che esplorano il mondo della biologia cellulare. Questi fumetti da colorare sono rappresentazioni grafiche di un processo bioscientifico, lasciati in bianco e nero per il tuo piacere di colorare! Le pagine includono una doppia elica, la replicazione del DNA e una RNA polimerasi.

Genetica mappata da pgEd
Map-Ed è un sito web di apprendimento interattivo del Personal Genetics Education Project (pgEd) con brevi quiz incentrati su una varietà di argomenti relativi alla genetica. Dopo aver completato ogni quiz, gli studenti possono "appuntare" la loro posizione su una mappa del mondo e, nel tempo, osservare i partecipanti (e le conoscenze) spargersi in tutto il mondo! Map-Ed è progettato per aumentare la consapevolezza e la conoscenza del pubblico sulla genetica personale utilizzando mezzi a cui tutti possono accedere.

Molecole di interitanza da GSLC
Questa raccolta di risorse del Genetic Science Learning Center (GSLC) dell'Università dello Utah include informazioni sulle molecole coinvolte nell'ereditarietà, tra cui DNA e geni, RNA, proteine ​​e The Central Dogma, che spiega la relazione tra queste molecole. Queste risorse per ogni molecola includono strumenti di esplorazione interattiva, spiegazioni di argomenti fondamentali e applicazioni ed esempi.

Piani di lezione da pgEd
Questo database del piano di lezioni del Personal Genetics Education Project (pgEd) include lezioni interattive per educatori delle scuole superiori e universitari per coinvolgere i loro studenti in discussioni sull'etica e la genetica personale. Le lezioni riguardano molteplici materie, tra cui biologia, salute, studi sociali, diritto, educazione fisica e psicologia. Tutti contengono letture di background per insegnanti e studenti, una selezione di attività in classe, punti di discussione, in alcuni casi una presentazione di diapositive o un video clip e una valutazione. Gli argomenti includono "Introduzione alla genetica personale", "Test genetici diretti al consumatore", "Storia, eugenetica e genetica" e molti altri.

Database di animazione 3D di DNALC
Il DNA Learning Center (DNALC) del Cold Spring Harbor Laboratory dispone di un ampio database di animazioni 3D che possono essere visualizzate nel browser Web o scaricate per riprodurle dal computer. Queste animazioni possono essere utili per visualizzare concetti biologici complessi. I video includono: "Trascrizione e traduzione: splicing dell'RNA", "molecola di DNA: come viene confezionato il DNA", "decompressione del DNA" e molti altri.

Cromosomi ed ereditarietà da GSLC
Questo gruppo di risorse del Genetic Science Learning Center (GSLC) dell'Università dello Utah copre l'argomento dei cromosomi e dell'ereditarietà. Le risorse discutono "Cos'è un cromosoma" e "Come gli scienziati leggono i cromosomi" con una serie di risorse sui cariotipi. Inoltre, i partecipanti possono creare il proprio cariotipo in un'attività di esplorazione interattiva.

Infografica "Il tuo genoma e te" dal PCOEG di NHGRI
Questa infografica - Your Genome and You - dalla Partnership for Community Outreach and Engagement in Genomics (PCOEG) del National Human Genome Research Institute (NHGRI) offre al pubblico un'introduzione alle basi della genetica e della genomica.Your Genome and You fornisce informazioni su come la scienza della genetica e della genomica influisce sull'aspetto di una persona (tratti fisici) e sulla sua salute (rischio di malattia). Le immagini e il testo evidenziano i progressi compiuti in questo campo in rapida crescita e il suo impatto sulla vita di tutti noi.

Allevamento di piccioni: genetica al lavoro da GSLC
Questa serie di risorse sull'ereditarietà del Genetic Science Learning Center (GSLC) dell'Università dello Utah utilizza il modello di un piccione per trasmettere concetti di ereditarietà complessi, come assortimento indipendente, probabilità, epistatis, collegamento e altro. Queste risorse includono interattivi, canzoni, giochi e una galleria di caratteristiche interattive nei piccioni.

Timeline: Organismi che hanno avuto i loro genomi sequenziati
In questa cronologia del Genome Research Limited e del Wellcome Trust Sanger Institute, puoi seguire la cronologia degli organismi che sono stati sequenziati. A partire dal batteriofago MS2 nel 1976 allo Zebrafish nel 2013, ora abbiamo un ampio catalogo di genomi che sono stati sequenziati che possiamo studiare e confrontare. Incluso per ogni organismo è: "Che cos'è?", "Perché è stato sequenziato?", "Chi l'ha sequenziato?", "Quante basi?" e "Quanti cromosomi?"

Variazione genetica da GSLC
Queste risorse del Genetic Science Learning Center (GSLC) dell'Università dello Utah discutono "Come avviene la variazione" e "Cos'è la mutazione?" Attraverso una serie di rulli di esplorazione interattivi e risorse informative, gli studenti possono conoscere le fonti di variazione genetica e i modelli per saperne di più.

Yummy Gummy DNA dal Wellcome Genome Campus
Questa gustosa attività dal sito web "yourgenome" del Wellcome Genome Campus ti aiuta a esplorare la forma e la struttura del DNA. Quattro colori di caramelle gommose rappresentano le quattro basi che compongono il DNA. Usando gli stuzzicadenti puoi accoppiare correttamente le basi e creare la forma a scala dell'elica del DNA. E la parte migliore dell'attività - è commestibile!

Evoluzione: DNA e l'unità della vita da GSLC
Questa raccolta di risorse del Genetic Science Learning Center (GSLC) dell'Università dello Utah copre argomenti sulla variazione e selezione genetica e sulla loro relazione con il tempo. Ciò include una serie di strumenti di esplorazione interattiva dell'evoluzione, in cui è possibile conoscere i driver dell'evoluzione, tenere traccia dei tratti nel tempo o esplorare il rapido cambiamento evolutivo attraverso "topi tascabili rock". Le risorse discutono anche di selezione artificiale e naturale, modelli di evoluzione attraverso il mais, l'occhio e il pesce spinarello.

Braccialetti di sequenza dal Wellcome Genome Campus In questa attività dal sito web "yourgenome" del Wellcome Genome Campus, crea un braccialetto di sequenza di DNA da organismi tra cui un essere umano, uno scimpanzé, una farfalla, una pianta carnivora o un batterio carnivoro. Questa attività è un modo divertente per esplorare le basi delle sequenze di DNA e dell'appaiamento di basi complementari. Viene fornita una sequenza di DNA per un organismo scelto. Crea un filo del braccialetto e poi crea l'altro filo usando le regole di base dell'abbinamento delle basi.

Scienza e società genetica da GSLC
Questa sezione di risorse del Genetic Science Learning Center (GSLC) dell'Università dello Utah include argomenti di interesse attuale per la genetica e come si relazionano alla società. Questi argomenti includono: "Topi transgenetici", "Cibi geneticamente modificati", "Pharming per prodotti farmaceutici", medicina legale, biologia conservativa e altro ancora.

DNA Origami attività
Crea un orgiami di elica di DNA di carta in questa attività pratica del National Human Genome Research Institute. Questa attività dà vita alla struttura a doppia elica del DNA in full colore. Scarica il foglio di istruzioni e il modello, oppure guarda il breve video passo passo su come disporre l'elica.

Concorso di saggi sul DNA Day di ASHG
Il concorso di saggi della Giornata del DNA dell'American Society of Human Genetics (ASHG) è aperto agli studenti delle classi 9-12 in tutto il mondo e chiede agli studenti di esaminare, mettere in discussione e riflettere su concetti importanti della genetica. Le iscrizioni sono ora aperte, tramite il link in fondo a questa pagina. La scadenza per la presentazione del saggio è mercoledì 3 marzo 2021 e i vincitori saranno annunciati durante il DNA Day (Venerdì 23 aprile 2021).

HHMI BioInteractive: Genetica
Coinvolgi i tuoi studenti in una discussione sui tratti – sia fisici che di personalità – e sui fattori che li influenzano. Questo piano di lezione incoraggia gli studenti a pensare come uno scienziato ea progettare un esperimento e presentarlo ai compagni di classe per un feedback. Non sono necessari materiali!

Risorse "15 per 15"
Scopri le risorse controllate che mettono in evidenza i progressi della genomica creati nell'ambito della celebrazione del 15° anniversario del completamento del progetto del genoma umano e della scoperta della doppia elica. Queste risorse forniscono una spiegazione dell'avanzamento, video che mettono in evidenza vari argomenti e come chiunque può impegnarsi nella scienza. Sono incluse anche risorse per il pubblico interessato, gli educatori e gli operatori sanitari.

Video didattici dell'Istituto nazionale di ricerca sul genoma umano (NHGRI)
Cinque video educativi prodotti da 42 Degrees North per NHGRI, che presentano la genomica in un modo visivamente sorprendente e facilmente comprensibile. I video presentano argomenti sulle lezioni apprese dal Progetto Genoma Umano, commenti di scienziati e politici su ciò che il genoma ci ha rivelato, cosa i test genetici possono e non possono dirci da dove veniamo, l'impatto che la medicina genomica può avere sui pazienti, e infine, una splendida presentazione sulla “danza” tra genoma e ambiente.

Estrazione del DNA della fragola
Questo video include tutto ciò che devi sapere su come estrarre il DNA dalle fragole. Scopri due modi facili e divertenti per estrarre il DNA dalle fragole fresche o congelate, come spiegato dal Dr. Eric Green e dalla Dr. Carla Easter. C'è un poster stampabile dell'attività, che è disponibile anche in spagnolo.

Moduli per la divulgazione in aula di NC DNA Day Il programma per gli ambasciatori della Giornata del DNA della Carolina del Nord ha progettato moduli per la divulgazione in classe, tra cui diapositive di presentazione, protocolli di attività, guide per i presentatori e dispense. I titoli dei moduli includono "Epigenetica", "La scienza dietro le sigarette elettroniche", "Medicina personalizzata" e "Forensics".

BLOSSOMS Videoteca della lezione del MIT
Lezioni video create dagli insegnanti su una serie di argomenti tra cui lezioni sul DNA nei campi dell'evoluzione umana, della medicina legale, della biologia del cancro e dello studio degli animali. Alcuni video sono allineati a NGSS.

Chiedi a un biologo dell'ASU
Chiedi a un biologo dell'Arizona State University è stato creato principalmente per l'uso da parte di studenti e insegnanti di K-12 e studenti per tutta la vita. Gli strumenti consentono agli utenti di porre domande relative alla biologia a professionisti del settore che offrono volontariamente il loro tempo per rispondere.

Cronologia del genoma umano da Genome: sbloccare il codice della vita
Ripercorri i momenti chiave della ricerca genetica e genomica. A partire dal lavoro di Mendel con i piselli a metà del 1800, la cronologia include importanti eventi di riferimento nella genetica e nella genomica e culmina con il completamento del Progetto Genoma Umano.

Cronologia del DNA antico da Genome: sbloccare il codice della vita
All'inizio degli anni '80, gli scienziati hanno iniziato a isolare il DNA antico da fonti come esemplari di musei, reperti archeologici, resti fossili, feci fossilizzate, carote di ghiaccio permafrost e altre insolite fonti di DNA. Questa linea temporale delinea la storia dei ricercatori in molti campi, recuperando informazioni genetiche da campioni antichi e rendendo la ricerca sul DNA antico una fertile area di collaborazione tra istituti di ricerca e musei.

Il genoma animato di Genome: sbloccare il codice della vita
Un bellissimo video animato informativo su cos'è un genoma e perché è importante per ognuno di noi. Questo video spiega in modo chiaro e semplice il codice tripletta del DNA, la replicazione del DNA, gli usi forensi e genealogici del DNA e molto altro.

Genomica e identità umana - Lezione 1 da Genome: sbloccare il codice della vita
Genomica e identità umana, una nuova entusiasmante risorsa didattica per le classi 7-12, è stata ispirata dalla mostra del museo NHGRI/Smithsonian, Genome: Unlocking Life's Code e sviluppata con il supporto della Promega Corporation. Questa risorsa gratuita per la classe include il manuale dell'insegnante, le dispense per gli studenti e diapositive PowerPoint supplementari. Il programma della lezione introduce quattro tratti umani facilmente osservabili e le loro variazioni e identifica le differenze tra le sequenze di DNA di due individui.

Genomica e identità umana - Lezione 2 da Genome: sbloccare il codice della vita
Genomica e identità umana Lezione 2, una nuova entusiasmante risorsa didattica per le classi 9-12, è stata ispirata dalla mostra del museo NHGRI/Smithsonian, Genome: Unlocking Life's Code e sviluppata con il supporto della Promega Corporation. Questa risorsa gratuita per la classe include il manuale dell'insegnante, le dispense per gli studenti e diapositive PowerPoint supplementari. Questa lezione porta gli studenti più a fondo nel genoma umano rispetto alla Lezione 1 - e nel mondo oscuro degli attacchi di squali e dell'analisi forense.

Insegnare l'evoluzione attraverso esempi umani da NMNH
Il progetto "Teaching Evolution through Human Examples" è prodotto dallo Smithsonian National Museum of Natural History (NMNH). Questi robusti strumenti per insegnare l'evoluzione sono stati creati appositamente per le lezioni di biologia AP, ma sono utili anche nelle lezioni di biologia di base. Le sue quattro unità didattiche si concentrano su: Adattamento all'altitudine Malaria Evoluzione del colore della pelle umana e cosa significa essere umani? I materiali includono anche una risorsa sulla sensibilità culturale e religiosa.

In & Beyond Africa from Genome: Unlocking Life's Code
"In & Beyond Africa" ​​è un insieme animato di risorse didattiche interattive liberamente accessibili sul sito web di Genome: Unlocking Life's Code. Sottotitolato "segui il nostro viaggio genomico", questo gioco interattivo si apre con una panoramica delle migrazioni umane in tutta l'Africa e oltre e contiene cinque minigiochi incentrati su temi dello sviluppo umano.

Centro informazioni sulle malattie genetiche e rare (GARD)
GARD offre una vasta gamma di informazioni online facilmente accessibili sulle malattie genetiche e rare provenienti da risorse NIH, testi medici, riviste scientifiche, siti di difesa delle malattie e database medici. Adatto a insegnanti, studenti e al pubblico in generale interessato alle malattie rare e al loro trattamento: questa risorsa fornisce informazioni affidabili e aggiornate.

Libreria multimediale di Genome: sbloccare il codice della vita
Il database multimediale Genome: Unlocking Life's Code è composto da illustrazioni, animazioni e app mobili scaricabili gratuitamente, prive di copyright e relative a genetica, genomica e argomenti discussi sul sito Web e nella mostra NHGRI/Smithsonian Genome: Unlocking Life's Code.

Trovare il nostro Neanderthal interiore: Dr Svante Paabo
Il DNA degli esseri umani estinti può fornire un indizio sulle nostre origini? Ascolta il noto ricercatore, il dott. Svante Paabo, discutere le sue ricerche rivoluzionarie sulle nuove connessioni genetiche e geografiche tra l'Homo sapiens e i nostri antichi antenati. Il video dura 90 minuti e ha i sottotitoli.

MagicEye Immagini 3D della genetica dal genoma: sbloccare il codice della vita
Vertigini e delizia i tuoi amici, familiari, insegnanti o studenti con queste tre immagini MagicEye a tema genetico. Queste immagini ritraggono l'effetto 3D completo sullo schermo di un computer o quando vengono stampate su una normale stampante a colori.

Glossario parlante dei termini genetici di NHGRI
Il "Glossario parlante dei termini genetici" è uno strumento di apprendimento creato dal National Human Genome Research Institute (NHGRI) progettato per essere utilizzato da insegnanti, studenti e pubblico in generale per aiutare a spiegare i termini utilizzati nella moderna genetica e genomica. Presenta le voci dei principali scienziati della genetica che spiegano la definizione di ciascun termine con parole proprie. Il glossario parlante è disponibile online nelle versioni in lingua inglese e spagnola ed è disponibile in inglese come app per iPhone o iPad scaricabile gratuitamente.

Strumenti per insegnare o conoscere Gregor Mendel da Genome: Unlocking Life's Code
Ecco dieci risorse per portare Mendel in vita nella tua classe o per affinare le tue conoscenze personali. Dai un'occhiata a questi importanti strumenti tra cui lo storico documento di Mendel del 1865, animazioni interattive, piani di lezione, discorsi TEDed e altro ancora.

Attività dell'albero dei tratti dal genoma: sbloccare il codice della vita
Cerchi una grande attività da fare a una fiera o festival della scienza? O in classe con i tuoi studenti? Prova questa fantastica attività dell'albero dei tratti! I partecipanti tengono traccia dei loro tratti ereditari lungo l'albero e trovano quale combinazione di tratti hanno tra le 16 possibili opzioni. Tieni traccia delle risposte dei partecipanti durante il giorno facendo loro aggiungere un piccolo oggetto (fagiolo, marmo, provetta per microcentrifuga) a uno dei 16 barattoli di vetro allineati con le possibili combinazioni di tratti. Incoraggia le persone a rivisitare lo stand per vedere quanto sia comune o non comune la loro combinazione di tratti tra il gruppo in fiera. Per un altro giro sull'attività: Un albero di tratti genetici

Prove visibili: viste forensi del piano di lezione sul corpo di NLM
La National Library of Medicine (NLM) ha creato questa lezione intitolata "DNA - A Molecular Identity". Nella lezione 1, gli studenti imparano cos'è il DNA e diverse tecniche di tipizzazione del DNA. Nella lezione 2, gli studenti esaminano tre diverse situazioni in cui la tipizzazione del DNA è stata utilizzata per fare giustizia. Gli studenti identificano e valutano anche i diversi usi delle tecniche di tipizzazione del DNA e i suoi possibili benefici e abusi.

Tour della genetica di base di GSLC
Il Tour of Basic Genetics del Genetic Science Learning Center (GSLC) dell'Università dello Utah illustra semplici spiegazioni di una serie di termini genetici chiave, tra cui "Cos'è un gene?", "Cos'è il DNA?" e "Cos'è l'ereditarietà?" Queste spiegazioni in un linguaggio chiaro e semplice sono abbinate a immagini utili che consentono ai partecipanti di comprendere appieno questa importante terminologia.

Risorse di epigenetica da GSLC
Questa serie di risorse sull'epigenetica del Genetic Science Learning Center (GSLC) dell'Università dello Utah include un video introduttivo chiamato "The Epigenome at a Glance", una serie di strumenti interattivi che dimostrano i concetti chiave dell'epigenetica e altre grandi risorse che esplorano la relazione tra epigenetica e nutrizione, cervello, ereditarietà e altro ancora.

Video informativi da dichiarato chiaramente
Questi coinvolgenti video animati di Stated Clearly spiegano accuratamente le basi della genetica e dell'evoluzione. Insieme fungono da corso introduttivo a questi campi di studio, con video tra cui "Cos'è esattamente un gene?", "Cos'è il DNA e come funziona?" e "Come si evolvono le nuove informazioni genetiche?"

Oltre il DNA - Infografica sull'epigenetica di Genetic Alliance
Questa risorsa di Genetic Alliance - "Beyond The DNA - Your Informative Guide to Epigenetics & Health" - illustra come funziona l'epigenetica e cosa significa per te in modo divertente e interattivo.

Caratteristiche dell'ereditarietà da GSLC
Questa serie di risorse del Genetic Science Learning Center (GSLC) dell'Università dello Utah sulle caratteristiche dell'ereditarietà copre domande difficili come "Cos'è l'ereditarietà?" e "Cos'è un tratto?" con un linguaggio semplice. Queste risorse includono anche informazioni sull'eredità specifica di esempi di geni e dieci attività semplici e stampabili per conoscere i tratti con la tua famiglia o classe.

Colorare con le pagine del libro da colorare di scienza cellulare
Vuoi celebrare il DNA Day con un pubblico più giovane? O solo i giovani di cuore? Enjoy Coloring with Cell di Cell Press: pagine di libri da colorare che esplorano il mondo della biologia cellulare. Questi fumetti da colorare sono rappresentazioni grafiche di un processo bioscientifico, lasciati in bianco e nero per il tuo piacere di colorare! Le pagine includono una doppia elica, la replicazione del DNA e una RNA polimerasi.

Genetica mappata da pgEd
Map-Ed è un sito web di apprendimento interattivo del Personal Genetics Education Project (pgEd) con brevi quiz incentrati su una varietà di argomenti relativi alla genetica. Dopo aver completato ogni quiz, gli studenti possono "appuntare" la loro posizione su una mappa del mondo e, nel tempo, osservare i partecipanti (e le conoscenze) spargersi in tutto il mondo! Map-Ed è progettato per aumentare la consapevolezza e la conoscenza del pubblico sulla genetica personale utilizzando mezzi a cui tutti possono accedere.

Molecole di interitanza da GSLC
Questa raccolta di risorse del Genetic Science Learning Center (GSLC) dell'Università dello Utah include informazioni sulle molecole coinvolte nell'ereditarietà, tra cui DNA e geni, RNA, proteine ​​e The Central Dogma, che spiega la relazione tra queste molecole. Queste risorse per ogni molecola includono strumenti di esplorazione interattiva, spiegazioni di argomenti fondamentali e applicazioni ed esempi.

Piani di lezione da pgEd
Questo database del piano di lezioni del Personal Genetics Education Project (pgEd) include lezioni interattive per educatori delle scuole superiori e universitari per coinvolgere i loro studenti in discussioni sull'etica e la genetica personale. Le lezioni riguardano molteplici materie, tra cui biologia, salute, studi sociali, diritto, educazione fisica e psicologia. Tutti contengono letture di background per insegnanti e studenti, una selezione di attività in classe, punti di discussione, in alcuni casi una presentazione di diapositive o un video clip e una valutazione. Gli argomenti includono "Introduzione alla genetica personale", "Test genetici diretti al consumatore", "Storia, eugenetica e genetica" e molti altri.

Database di animazione 3D di DNALC
Il DNA Learning Center (DNALC) del Cold Spring Harbor Laboratory dispone di un ampio database di animazioni 3D che possono essere visualizzate nel browser Web o scaricate per riprodurle dal computer. Queste animazioni possono essere utili per visualizzare concetti biologici complessi. I video includono: "Trascrizione e traduzione: splicing dell'RNA", "molecola di DNA: come viene confezionato il DNA", "decompressione del DNA" e molti altri.

Cromosomi ed ereditarietà da GSLC
Questo gruppo di risorse del Genetic Science Learning Center (GSLC) dell'Università dello Utah copre l'argomento dei cromosomi e dell'ereditarietà. Le risorse discutono "Cos'è un cromosoma" e "Come gli scienziati leggono i cromosomi" con una serie di risorse sui cariotipi. Inoltre, i partecipanti possono creare il proprio cariotipo in un'attività di esplorazione interattiva.

Infografica "Il tuo genoma e te" dal PCOEG di NHGRI
Questa infografica - Your Genome and You - dalla Partnership for Community Outreach and Engagement in Genomics (PCOEG) del National Human Genome Research Institute (NHGRI) offre al pubblico un'introduzione alle basi della genetica e della genomica.Your Genome and You fornisce informazioni su come la scienza della genetica e della genomica influisce sull'aspetto di una persona (tratti fisici) e sulla sua salute (rischio di malattia). Le immagini e il testo evidenziano i progressi compiuti in questo campo in rapida crescita e il suo impatto sulla vita di tutti noi.

Allevamento di piccioni: genetica al lavoro da GSLC
Questa serie di risorse sull'ereditarietà del Genetic Science Learning Center (GSLC) dell'Università dello Utah utilizza il modello di un piccione per trasmettere concetti di ereditarietà complessi, come assortimento indipendente, probabilità, epistatis, collegamento e altro. Queste risorse includono interattivi, canzoni, giochi e una galleria di caratteristiche interattive nei piccioni.

Timeline: Organismi che hanno avuto i loro genomi sequenziati
In questa cronologia del Genome Research Limited e del Wellcome Trust Sanger Institute, puoi seguire la cronologia degli organismi che sono stati sequenziati. A partire dal batteriofago MS2 nel 1976 allo Zebrafish nel 2013, ora abbiamo un ampio catalogo di genomi che sono stati sequenziati che possiamo studiare e confrontare. Incluso per ogni organismo è: "Che cos'è?", "Perché è stato sequenziato?", "Chi l'ha sequenziato?", "Quante basi?" e "Quanti cromosomi?"

Variazione genetica da GSLC
Queste risorse del Genetic Science Learning Center (GSLC) dell'Università dello Utah discutono "Come avviene la variazione" e "Cos'è la mutazione?" Attraverso una serie di rulli di esplorazione interattivi e risorse informative, gli studenti possono conoscere le fonti di variazione genetica e i modelli per saperne di più.

Yummy Gummy DNA dal Wellcome Genome Campus
Questa gustosa attività dal sito web "yourgenome" del Wellcome Genome Campus ti aiuta a esplorare la forma e la struttura del DNA. Quattro colori di caramelle gommose rappresentano le quattro basi che compongono il DNA. Usando gli stuzzicadenti puoi accoppiare correttamente le basi e creare la forma a scala dell'elica del DNA. E la parte migliore dell'attività - è commestibile!

Evoluzione: DNA e l'unità della vita da GSLC
Questa raccolta di risorse del Genetic Science Learning Center (GSLC) dell'Università dello Utah copre argomenti sulla variazione e selezione genetica e sulla loro relazione con il tempo. Ciò include una serie di strumenti di esplorazione interattiva dell'evoluzione, in cui è possibile conoscere i driver dell'evoluzione, tenere traccia dei tratti nel tempo o esplorare il rapido cambiamento evolutivo attraverso "topi tascabili rock". Le risorse discutono anche di selezione artificiale e naturale, modelli di evoluzione attraverso il mais, l'occhio e il pesce spinarello.

Braccialetti di sequenza dal Wellcome Genome Campus In questa attività dal sito web "yourgenome" del Wellcome Genome Campus, crea un braccialetto di sequenza di DNA da organismi tra cui un essere umano, uno scimpanzé, una farfalla, una pianta carnivora o un batterio carnivoro. Questa attività è un modo divertente per esplorare le basi delle sequenze di DNA e dell'appaiamento di basi complementari. Viene fornita una sequenza di DNA per un organismo scelto. Crea un filo del braccialetto e poi crea l'altro filo usando le regole di base dell'abbinamento delle basi.

Scienza e società genetica da GSLC
Questa sezione di risorse del Genetic Science Learning Center (GSLC) dell'Università dello Utah include argomenti di interesse attuale per la genetica e come si relazionano alla società. Questi argomenti includono: "Topi transgenetici", "Cibi geneticamente modificati", "Pharming per prodotti farmaceutici", medicina legale, biologia conservativa e altro ancora.

DNA Origami attività
Crea un orgiami di elica di DNA di carta in questa attività pratica del National Human Genome Research Institute. Questa attività dà vita alla struttura a doppia elica del DNA in full colore. Scarica il foglio di istruzioni e il modello, oppure guarda il breve video passo passo su come disporre l'elica.


Gli scienziati usano l'origami del DNA per monitorare il targeting del gene CRISPR

Credito: CC0 Dominio Pubblico

Le straordinarie forbici genetiche chiamate CRISPR/Cas9, la scoperta che ha vinto il Premio Nobel per la Chimica 2020, a volte tagliano in punti che non sono progettate per colpire. Sebbene CRISPR abbia completamente cambiato il ritmo della ricerca di base consentendo agli scienziati di modificare rapidamente le sequenze genetiche, funziona così velocemente che è difficile per gli scienziati vedere cosa a volte va storto e capire come migliorarlo.

Julene Madariaga Marcos, un borsista postdottorato di Humboldt, e colleghi nel laboratorio del professor Ralf Seidel dell'Università di Lipsia in Germania, hanno trovato un modo per analizzare i movimenti ultraveloci degli enzimi CRISPR, che aiuterà i ricercatori a capire come riconoscono le loro sequenze bersaglio in speranze di migliorare la specificità. Madariaga Marcos presenterà la ricerca martedì 23 febbraio al 65esimo Meeting Annuale della Società Biofisica.

Per utilizzare gli enzimi CRISPR per modificare le sequenze geniche, gli scienziati possono adattarli a una sequenza specifica all'interno dei tre miliardi di coppie di basi del DNA nel genoma umano. Durante il riconoscimento del bersaglio, gli enzimi CRISPR districano i filamenti di DNA per trovare una sequenza complementare alla sequenza di RNA attaccata a CRISPR. Ma a volte l'RNA corrisponde a sequenze di DNA che non sono del tutto complementari. Per risolvere questa corrispondenza involontaria, gli scienziati devono essere in grado di osservare come CRISPR agisce lungo le singole coppie di basi del DNA, ma il processo è veloce e difficile da osservare.

Per misurare le azioni di CRISPR su una scala temporale ultraveloce, Madariaga Marcos e colleghi si sono rivolti all'origami del DNA, che utilizza speciali sequenze di DNA per formare complesse nanostrutture tridimensionali invece di una semplice doppia elica. L'origami del DNA ha applicazioni nella somministrazione di farmaci, nella nanoelettronica e persino nell'arte. Usando l'origami del DNA, hanno costruito bracci del rotore di DNA in modo da poter osservare con una telecamera ad alta velocità su un microscopio la torsione del DNA da parte degli enzimi CRISPR, facendo ruotare il braccio del rotore come le pale di un elicottero. Con questo sistema, sono stati in grado di misurare le diverse risposte a corrispondenze e disallineamenti all'interno della sequenza del DNA. "Siamo in grado di misurare direttamente il panorama energetico di CRISPR/Cascade quando interagisce con il DNA per la prima volta", ha affermato Madariaga Marcos.

Questa tecnica aiuterà gli scienziati a comprendere meglio gli enzimi CRISPR e il modo in cui alla fine atterrano sulla loro partita. In questo modo, possono capire come ottimizzare CRISPR in modo che produca meno corrispondenze fuori target. In futuro, Madariaga Marcos è interessata a "sviluppare più strumenti e metodi per studiare questi processi di editing genetico in modi nuovi ea un livello più dettagliato".


Dieci anni di DNA Origami

Il 16 marzo 2006, il professore di ricerca di bioingegneria, informatica e scienze matematiche e computazione e sistemi neurali Paul Rothemund (BS ➔) ha pubblicato un articolo in Natura dettagliando il suo nuovo metodo per piegare il DNA in forme e modelli sulla scala di pochi nanometri. Ciò ha segnato un punto di svolta nella nanotecnologia del DNA, consentendo un controllo preciso sulle strutture molecolari progettate. Dieci anni dopo, il campo è cresciuto notevolmente. Dal 14 al 16 marzo 2016, la Division of Engineering and Applied Science terrà un simposio intitolato "Ten Years of DNA Origami" per onorare il contributo di Rothemund al campo, per esaminare lo spettro della ricerca che ha ispirato e per dare un'occhiata a quello che sta per venire.

"Pensa all'origami del DNA come a un pannello forato generico per organizzare cose di dimensioni nanometriche", dice Rothemund. "Ogni origami di DNA ha 200 diversi punti di attacco, a cui si possono attaccare proteine, o minuscole palline d'oro, o molecole fluorescenti, o nanotubi di carbonio elettricamente conduttivi. Non c'è altro modo per giustapporre combinazioni di questi elementi in disposizioni complesse, ed è per questo che i ricercatori di tutto il mondo, dai biologi ai fisici, stanno usando gli origami del DNA. I biologi usano gli origami del DNA per posizionare diversi enzimi proteici uno accanto all'altro, in modo che un enzima possa passare i suoi prodotti all'enzima successivo in una sorta di catena di montaggio su scala nanometrica. Altri stanno organizzando componenti elettronici nel tentativo di creare nanocircuiti."

Il simposio è stato organizzato da Erik Winfree, professore di informatica, calcolo e sistemi neurali e bioingegneria. "Questa straordinaria invenzione del Caltech ha avuto un impatto notevole nella ricerca sulle nanotecnologie molecolari", afferma.

I colloqui riguarderanno la nanotecnologia del DNA, l'autoassemblaggio e la formazione di modelli, algoritmi computazionali e software per la progettazione e l'analisi di origami, applicazioni in biologia e biomedicina, applicazioni in fisica quantistica, motori molecolari e dispositivi meccanici, biofisica, termodinamica e cinetica e altro ancora. I colloqui sono aperti al pubblico, ma i partecipanti devono prima registrarsi online.


In che modo gli scienziati usano l'origami del DNA per trasportare merci in un mondo su scala nanometrica

Chi non ha mai sentito parlare delle famose tecniche giapponesi di piegatura della carta chiamate origami? Partendo da un solo foglio di carta, i professionisti sono in grado di creare complesse strutture tridimensionali seguendo un protocollo di piegatura precisa.

Di solito, più piccolo è il foglio di carta, più difficile diventa fare l'origami, perché le dita diventano troppo grandi per piegare correttamente.

In biologia, c'è bisogno di lavorare su scale molto piccole, più piccole di una cellula, persino più piccole di un batterio. Decisamente troppo piccolo per le nostre dita. Tutto ciò che progettiamo oggi che ha le dimensioni di molecole o virus rientra nell'area della nanotecnologia e i suoi potenziali usi sono molteplici.

Se disponi di strumenti sufficientemente efficaci da spingere le singole molecole, puoi fare molte cose per curare malattie come il cancro o il diabete, riparare i tessuti, regolare l'equilibrio ormonale o neurotrasmettitore. Non ci siamo, ancora.

Tuttavia, da alcuni anni, gli scienziati hanno giocato con il proprio tipo di fogli di DNA di carta origami. Il DNA è una fibra lunga altamente ripetitiva, robusta e flessibile che può essere modellata come un foglio di carta. Il DNA è solubile in acqua, il che è necessario se vuoi lavorare all'interno di qualsiasi sistema biologico. Infine, il DNA è una molecola biologica onnipresente a cui non è associata alcuna tossicità (chimicamente parlando). Anche gli origami del DNA non contengono informazioni genetiche.

Sin dal loro inizio nel 2012, c'è stato un enorme lavoro teorico e ingegneristico impegnato a utilizzare gli origami del DNA.

Recentemente, gli scienziati affiliati al dipartimento di ingegneria biomedica e al dipartimento di biologia di Bosten, MA, hanno riportato una nuova svolta nei loro progetti di origami del DNA: rilascio controllato del carico tramite stimolazione ottica.

Nei loro progetti, hanno piegato il DNA in stile origami in una gabbia a forma di scatola con un foro nel mezzo per "bloccare" le molecole bioattive. Per impedire alla molecola di fuoriuscire dalla sua gabbia, hanno usato una "catena" per tenerla chiusa all'interno. Tuttavia, la "catena" che hanno usato per incatenare la molecola è speciale: Si può rimuoverlo a distanza colpendolo con luce di una certa lunghezza d'onda.

Questo design ha enormi implicazioni per la nanoterapia. Di solito, la regolazione su scala nanometrica è imprecisa e statistica, semplicemente non abbiamo strumenti per lavorare su questa scala che siano abbastanza precisi da permetterci di controllare, ad esempio, il rilascio di farmaci in un determinato momento in uno spazio definito.

Con queste gabbie di origami di DNA che incapsulano il farmaco bioattivo, ora possiamo aspettare che queste gabbie raggiungano il posto giusto nel corpo, prima di rilasciare il farmaco con un breve impulso luminoso proprio al momento giusto.

La parte davvero interessante di queste gabbie "a scatto luminoso" è la possibilità di personalizzarle facilmente in base alle esigenze biologiche. Non è sempre necessario trovare la piegatura perfetta dell'origami per ogni farmaco/molecola bioattiva che necessita di consegna, ma è sufficiente costruire una gabbia che può contenere tutti i tipi di cose. Un breve impulso di luce per spezzare le catene e sei a posto. Semplice. Efficace.

Ancora più importante, questo studio mostra che il progresso della progettazione su scala nanometrica è una delle maggiori speranze per la medicina molecolare di trattare i pazienti in modo più efficiente evitando effetti collaterali non intenzionali.

Con questo in mente, felice piegatura!

Questa storia fa parte di progressi nelle scienze biologiche, una piattaforma di comunicazione scientifica che mira a spiegare letteralmente a tutti la scienza innovativa nel campo della biologia, della medicina, delle biotecnologie, delle neuroscienze e della genetica. La comprensione scientifica ha troppe barriere, abbattiamole!


Parte 2: Nanofabbricazione tramite mattoni a filamento singolo di DNA

00:00:06.28 Bentornato -
00:00:08.04 questa è la seconda parte della lezione
00:00:09.29 sulla nanotecnologia strutturale del DNA.
00:00:12.16 Nella lezione precedente, abbiamo discusso un metodo,
00:00:14.25 Origami DNA impalcato,
00:00:16.13 che si è dimostrato abbastanza potente da autoassemblare filamenti di DNA
00:00:20.03 in oggetti che hanno circa il doppio della massa di un ribosoma,
00:00:23.00 circa 5 megaDalton di dimensioni,
00:00:25.02 che coinvolge una lunga impalcatura a singolo filamento
00:00:26.28 che è piegato da molti fili corti di punti metallici
00:00:29.12 nell'oggetto desiderato.
00:00:31.28 Per il secondo segmento,
00:00:33.08 Discuterò un nuovo metodo
00:00:35.17 che è stato appena riportato nell'ultimo anno.
00:00:37.29 Questo è un lavoro guidato principalmente da
00:00:40.21 il mio collega Peng Yin ad Harvard
00:00:42.21 e l'Istituto Wyss
00:00:44.07 che chiama DNA Single-Stranded Bricks.
00:00:48.10 E si scopre che questo metodo sembra essere
00:00:50.24 approssimativamente paragonabile nella sua potenza
00:00:53.06 di strutture automontanti
00:00:54.22 di questo tipo di complessità.
00:00:56.21 Il mio gruppo ha assistito alla collaborazione
00:00:58.22 al termine dello spostamento in 3 dimensioni.
00:01:01.15 Penso che sia un metodo davvero interessante,
00:01:03.01 ecco perché mi piacerebbe discuterne in questo
00:01:04.27 Seminario iBio.
00:01:08.20 Il metodo Origami del DNA con impalcature
00:01:10.28 è analogo ad alcuni giocattoli
00:01:12.24 con cui potresti aver giocato.
00:01:14.10 Quindi questo è un serpente DNA
00:01:16.00 che puoi piegare in strutture tridimensionali.
00:01:19.02 Ecco un'altra idea correlata
00:01:20.24 di un polimero simile a un serpente
00:01:22.09 che possiamo piegare in oggetti.
00:01:24.13 È familiare anche ai biologi
00:01:26.17 chi pensa alle catene polipeptidiche
00:01:28.19 che sono singole catene che si piegano
00:01:30.16 in una sorta di configurazione tridimensionale.
00:01:33.11 E in questo modo puoi raggiungere
00:01:35.04 quasi qualsiasi forma avendo un lungo polimero,
00:01:37.17 piegandolo in quella forma.
00:01:40.26 Tuttavia, da un punto di vista umano,
00:01:43.05 potrebbe esserci un modo più semplice se funzionasse davvero,
00:01:46.19 e questo usando l'esempio dei mattoncini Lego.
00:01:49.08 Quindi, se puoi immaginare di avere un set di mattoni
00:01:52.15 che hanno una forma stereotipata,
00:01:55.23 se ne abbiamo tanti
00:01:57.09 e possiamo collegarli da diverse angolazioni,
00:01:59.14 quindi ora potresti obiettare che ci dà
00:02:01.08 ancora più flessibilità di progettazione
00:02:03.07 nella costruzione di queste grandi forme tridimensionali.
00:02:05.10 Non devi più preoccuparti
00:02:06.21 la connettività della catena che attraversa l'oggetto.
00:02:11.29 E cosa ha dimostrato il gruppo di Peng Yin
00:02:14.03 è che, in effetti, possiamo farlo con il DNA.
00:02:17.19 Ora, quando è uscito DNA Origami,
00:02:20.04 è stato uno shock per tutti che,
00:02:22.23 wow, possiamo costruire queste strutture molto complesse,
00:02:25.08 e poi è stato subito ipotizzato
00:02:27.02 che la chiave del successo per il metodo
00:02:28.27 era il fatto che avevi questo filo molto lungo
00:02:32.15 che mantiene in ordine tutti i fili corti.
00:02:35.04 Era un modello principale
00:02:36.25 e se non ce l'avevi
00:02:38.00 forse tutto sarebbe precipitato nel caos.
00:02:40.11 E ciò che il gruppo di Peng Yin ha dimostrato è,
00:02:42.10 infatti, non è così,
00:02:43.22 anche se pensiamo ancora che il lungo filo possa essere d'aiuto,
00:02:46.15 ma ora sappiamo che non è certo un componente necessario
00:02:49.07 per una strategia di successo per costruire strutture di queste dimensioni.
00:02:53.21 Quindi la prima parte di questa storia
00:02:54.24 è stato sviluppato nel laboratorio di Peng Yin,
00:02:56.25 lavoro condotto da Bryan Wei e Mingjie Dai nel suo laboratorio.
00:03:02.17 E l'idea è la seguente:
00:03:04.05 quindi questo è, se ricordi dalla prima lezione,
00:03:06.12 abbiamo avuto l'idea di una piastrella a doppio crossover
00:03:08.22 e abbiamo detto,
00:03:09.25 "Oh, se potessimo avere solo tessere a doppio crossover
00:03:12.17 di molte sequenze diverse
00:03:14.03 e si comporteranno davvero da soli,
00:03:15.22 quindi ora potremmo creare un arazzo complesso
00:03:18.03 dove ognuno degli elementi
00:03:19.14 ha una sequenza unica."
00:03:21.16 E cosa hanno dimostrato Bryan e i suoi colleghi
00:03:24.09 è che potrebbero farlo,
00:03:25.18 ma con un motivo leggermente diverso.
00:03:27.25 L'idea è la seguente:
00:03:29.07 quindi hai ognuno dei tuoi mattoni o piastrelle
00:03:31.12 ha la stessa architettura stereotipata
00:03:33.06 dove ha quattro domini diversi.
00:03:35.13 In ciascuno dei domini
00:03:36.24 è un giro di un'elica,
00:03:40.14 circa diciamo lungo 10 basi.
00:03:43.13 Ed è un polimero flessibile,
00:03:45.05 ma nell'arazzo del design finale
00:03:47.03 in cui dovrebbe autoassemblarsi,
00:03:49.06 ognuna di quelle tessere dovrebbe adottare
00:03:51.16 un orientamento molto fisso
00:03:53.12 dove è come un ferro di cavallo:
00:03:55.07 metà del ferro di cavallo fa parte di una doppia elica,
00:03:57.22 e poi l'altra parte del ferro di cavallo
00:03:59.09 fa parte di una seconda doppia elica.
00:04:01.23 E si assemblano l'uno con l'altro
00:04:03.03 utilizzando la seguente regola:
00:04:04.23 che se hai, nella tua soluzione,
00:04:07.11 potresti avere il dominio 1 di uno dei tuoi mattoni o piastrelle
00:04:11.04 sarà compatibile con il dominio 3 di un altro riquadro,
00:04:14.09 e poi Dominio 2 di una delle tue tessere
00:04:16.07 sarà compatibile con il dominio 4
00:04:18.21 di un'altra delle tessere.
00:04:20.24 Ognuna di queste tessere in questo assieme, in questo arazzo,
00:04:23.18 ha una sequenza unica.
00:04:25.05 Ha quattro vicini più prossimi unici.
00:04:28.02 Quindi, se riesci a progettare tutti questi fili
00:04:30.14 con la stessa lunghezza e struttura fuori tutto,
00:04:32.12 ma ognuno con una sequenza diversa,
00:04:34.04 e con le regole di complementarietà della sequenza che ho appena descritto,
00:04:37.00 si scopre che puoi creare questi oggetti
00:04:40.01 delle dimensioni e della complessità di un DNA Origami.
00:04:42.20 Nessun filo lungo richiesto.
00:04:45.03 Ecco un'altra rappresentazione di quel motivo,
00:04:48.07 una rappresentazione astratta
00:04:50.01 che ricorda più da vicino un mattoncino Lego.
00:04:53.01 Quindi quello che abbiamo sono, di nuovo, quattro domini.
00:04:56.07 Abbiamo il dominio 1, 2, 3 e poi 4.
00:05:01.11 E possiamo Dominio 4 di una di queste tessere
00:05:03.17 sta ora interagendo con il dominio 2
00:05:05.29 di un'altra delle tessere,
00:05:07.23 e abbiamo le doppie eliche
00:05:09.06 stanno correndo nell'angolo in basso a sinistra
00:05:11.27 e ora in alto a destra.
00:05:16.00 C'è una stereospecificità che è indicata
00:05:19.15 dalla forma della chiave e del foro,
00:05:22.06 quindi speriamo di capire
00:05:23.28 che la chiave e il foro possono interagire solo in un orientamento,
00:05:26.18 e questo rafforza questa complanarità delle tessere.
00:05:32.13 E l'effettiva base fisica, ovviamente,
00:05:34.18 è che ognuna di queste interazioni è
00:05:36.23 un giro completo della doppia elica.
00:05:38.19 Questo lo costringe a essere complanare.
00:05:41.16 E una volta compresi questi principi,
00:05:43.19 spero che tu possa vedere che se avessi un mucchio di queste tessere,
00:05:46.15 ciascuno con una sequenza diversa,
00:05:48.02 ciascuno con quelle complementarità di sequenza
00:05:50.01 tra tappi e fori che ho descritto,
00:05:51.25 ora puoi autoassemblare arazzi molto grandi,
00:05:53.29 in linea di principio,
00:05:55.09 dove ogni posizione nell'arazzo
00:05:57.00 è occupato da una tessera unica.
00:06:00.13 E quello che Bryan e i suoi colleghi hanno dimostrato è stato,
00:06:02.15 notevolmente, che funziona
00:06:04.15 - nessun filo lungo richiesto.
00:06:07.06 Quindi ecco cosa hanno fatto
00:06:07.28 hanno autoassemblato una struttura con qualcosa
00:06:10.11 nell'ordine di poche centinaia di tessere uniche,
00:06:13,00 ciascuno con una posizione di design stereotipata
00:06:15.16 all'interno dell'arazzo,
00:06:17.03 e hanno scoperto che potevano farli
00:06:18.19 con una resa abbastanza elevata.
00:06:20.13 Quindi a sinistra possiamo vedere un gel di agarosio
00:06:22.22 dove possiamo monitorare approssimativamente la formazione dell'oggetto.
00:06:25.00 U significa non purificato,
00:06:27.00 e abbiamo i blocchi iniziali nella parte inferiore.
00:06:29.15 Cucini questi per un po',
00:06:31.29 di nuovo fai questo profilo di ricottura
00:06:33.02 dove riscaldi a 65 ° C e raffreddi a temperatura ambiente
00:06:35.12 nel corso di circa un giorno,
00:06:37.03 e poi quando guardi un gel dopo un giorno,
00:06:39.09 puoi vedere una grande frazione di questi elementi costitutivi
00:06:41.17 si sono autoassemblati in un oggetto di dimensioni discrete.
00:06:45.06 Ovviamente ci sono anche degli assemblaggi errati,
00:06:46.26 ecco da dove vengono le macchie,
00:06:48.29 ma ora puoi ritagliare quella fascia dal gel
00:06:51.28 e poi hai una popolazione di molecole
00:06:55.03 che si arricchiscono per quello che vuoi veramente.
00:06:57.16 E nel loro caso, hanno poi guardato questi oggetti
00:06:59.18 usando la microscopia a forza atomica,
00:07:02.07 e dicono che stavano facendo rettangoli
00:07:04.07 della forma e delle dimensioni desiderate.
00:07:08.01 Prima di tutto è semplicemente fantastico che,
00:07:10.12 per molti di noi, che funziona.
00:07:12.12 Metti insieme tutte queste sequenze,
00:07:14.00 non c'è un disegno di sequenza,
00:07:15.19 tutti i tappi e i fori sono stati progettati
00:07:17.23 utilizzando un generatore di sequenze casuali,
00:07:19.20 e il metodo funziona.
00:07:21.26 Uno degli aspetti notevoli di questo metodo
00:07:23.27 è che ora puoi generare nuove strutture
00:07:26.19 semplicemente repipettando i set di fili
00:07:28.11 e tralasciando i fili.
00:07:30.09 Quindi, per esempio, se immaginiamo di pipettare
00:07:32.23 quel rettangolo ma tralasciamo solo i fili corrispondenti
00:07:36.00 agli occhi e alla bocca,
00:07:38.03 quindi ora potremmo generare qualcosa
00:07:40.00 come questa faccina sorridente.
00:07:44.29 E si potrebbe immaginare, di nuovo, di avere.
00:07:47.25 repipettare questi fili
00:07:49.22 con diversi sottoinsiemi
00:07:51.10 e ora puoi generare forme diverse
00:07:53.02 in questo modo.
00:07:54.26 È possibile pipettare manualmente,
00:07:56.05 che diventa noioso se provi a costruire
00:07:58.20 qualcosa come i cento oggetti che il gruppo di Peng Yin ha dimostrato.
00:08:02.00 Cosa sarà più efficiente,
00:08:03.22 che alla fine hanno implementato,
00:08:05.10 è se hai un robot pipettatore
00:08:07.07 che in realtà fa tutto il pipettaggio per te.
00:08:10.17 Quindi forse con il robot pipettatore standard
00:08:13.01 pipettare le piscine per costruire un centinaio di oggetti diversi
00:08:16.09 potrebbero volerci un paio di giorni,
00:08:18.02 ma poi può essere praticamente senza supervisione.
00:08:23.29 E poi arriva attualmente un sacco di duro lavoro di imaging,
00:08:27.04 finora il gruppo di Peng e il mio gruppo
00:08:29.20 -- Non sono a conoscenza di nessun gruppo che abbia
00:08:31.03 una piattaforma di imaging automatizzata per questi oggetti --
00:08:34.05 ma dopo tanto lavoro sul microscopio a forza atomica,
00:08:37.18 si vede che qualcosa è finito
00:08:40.07 95% degli oggetti progettati
00:08:42.02 in realtà sono stati in grado di passare come previsto.
00:08:45.24 Quindi possiamo vedere lettere diverse,
00:08:47.00 possiamo vedere i numeri,
00:08:48.17 caratteri cinesi,
00:08:49.22 emoticon,
00:08:51.27 possiamo vedere un giornalista, Ed Jong,
00:08:53.24 è stato ispirato così in Photoshop
00:08:55.27 ha ritagliato alcune di queste lettere e ha fatto un messaggio
00:08:58.01 che dice "Wyss Institute for
00:08:59.22 Ingegneria di ispirazione biologica all'Università di Harvard".
00:09:03.29 Quindi in futuro vorremmo essere in grado
00:09:05.15 per assemblare le lettere in questo tipo di disposizione
00:09:08.11 da soli, senza l'uso di Photoshop,
00:09:11.03 ma per ora pensiamo sia già un anticipo
00:09:13.04 che possiamo almeno fare le lettere.
00:09:16.03 Quindi ecco un film preparato
00:09:17.15 di Gael McGill che illustra
00:09:19.29 come immaginiamo che possa avvenire l'autoassemblaggio.
00:09:23.06 Di nuovo, ognuna di queste tessere ha quattro vicini più prossimi,
00:09:26.09 e ad un certo punto dovrà nuclearsi,
00:09:29.01 e poi una volta formato un nucleo,
00:09:30.21 crediamo che poi crescerà fino alla struttura più grande.
00:09:34.24 In realtà pensiamo che la chiave del successo
00:09:36.24 di questo metodo
00:09:38.12 è quello che abbiamo progettato
00:09:41.27 in modo che la nucleazione sia molto lenta
00:09:44.22 e la crescita è molto veloce.
00:09:46.24 E in questo modo è un po' come il controllo della popolazione.
00:09:49.20 Che ogni volta che formi un seme,
00:09:52.03 allora avrà una scorta abbondante
00:09:54.07 di cibo o elementi costitutivi
00:09:56.03 per raggiungere le sue dimensioni massime.
00:09:58.08 Voglio dire, immagina una situazione
00:09:59.19 dove la nucleazione era veloce e la crescita era veloce.
00:10:02.21 Quindi fondamentalmente otterresti nuclei e semi che si formano
00:10:05.21 ovunque,
00:10:07.06 e molto rapidamente esauriresti la piscina
00:10:09.16 di elementi costitutivi
00:10:12.15 e a quel punto saresti nei guai
00:10:13.25 perché molti semi sarebbero cresciuti in
00:10:15.28 strutture parziali.
00:10:17.26 Per completare la loro crescita,
00:10:19.14 perché non ci sono più elementi costitutivi,
00:10:20.22 dovrebbero iniziare a cannibalizzarsi a vicenda.
00:10:23.08 Quindi pensiamo che un principio di progettazione robusto
00:10:26.01 per l'autoassemblaggio programmabile
00:10:29.00 è provare a costruire il tuo sistema in modo che
00:10:31.28 la nucleazione è lenta o controllata.
00:10:34.24 Quindi possiamo vedere con gli origami del DNA,
00:10:36.08 ora possiamo immaginare quelle lunghe impalcature come semi controllati,
00:10:40.03 che se aggiungiamo un eccesso dei fili di graffetta,
00:10:43.06 quindi sappiamo il numero di semi
00:10:45.01 è fondamentalmente il numero di quei lunghi fili
00:10:47.11 che stiamo aggiungendo.
00:10:48.20 E in questo modo non si esauriscono mai gli elementi costitutivi.
00:10:51.25 In questo caso con le tegole a filamento singolo,
00:10:53.24 è perché quell'evento di nucleazione è lento
00:10:56.27 e la crescita è veloce.
00:11:02.03 Va bene, quindi ero solo nella galleria delle noccioline
00:11:04.27 guardando questo fantastico lavoro in corso in
00:11:07.02 il laboratorio del mio collega Peng Yin.
00:11:10.00 Yonggang Ke è un borsista post-dottorato nel mio gruppo.
00:11:12.08 Luvena Ong è una studentessa laureata nel gruppo di Peng Yin.
00:11:15.28 E Yonggang e Luvena decisero
00:11:17.09 volevano collaborare con Peng
00:11:20.11 ed estendilo in 3 dimensioni.
00:11:23.10 Quindi questo è il lavoro di cui ti parlerò dopo.
00:11:25.13 Quindi, proprio come siamo stati in grado di estendere l'origami del DNA bidimensionale
00:11:28.15 in strutture solide tridimensionali,
00:11:30.17 Yonggang e Luvena sono stati in grado di farlo
00:11:32.26 utilizzando mattoni a singolo filamento.
00:11:37.19 Si scopre il principio per
00:11:39.24 conversione da 2 dimensioni a 3 dimensioni
00:11:42.09 è estremamente semplice
00:11:44.29 - in linea di principio, se funziona.
00:11:46.14 Quindi nell'angolo in alto a sinistra
00:11:47.29 abbiamo lo schema che ti ho mostrato in precedenza
00:11:50.09 - le piastrelle bidimensionali a singolo filamento,
00:11:53.13 dove dal momento che ognuno di questi tappi e buchi
00:11:56.08 è esattamente un giro della doppia elica,
00:11:58.16 che impone una geometria stereospecifica
00:12:01.21 tra le piastrelle in modo che siano complanari.
00:12:06.06 Ma se ci pensi bene,
00:12:08.00 potresti ottenere qualcosa che non sia complanare
00:12:09.24 semplicemente cambiando la lunghezza di quei tappi e fori,
00:12:12.29 in modo che non siano più numeri interi
00:12:14.17 di giri della doppia elica.
00:12:15.21 Quindi, per esempio, ecco cosa ha fatto Yonggang
00:12:18.25 ha progettato questi tappi e questi fori
00:12:20.13 per essere solo 8 coppie di basi invece di 10.
00:12:24.01 E così ora 8 coppie di basi
00:12:25.23 è circa tre quarti di giro,
00:12:28.23 e perché sono tre quarti di giro
00:12:30.16 poi l'interazione stereospecifica tra questi mattoni
00:12:33.14 ora formerà un angolo diedro di 90 gradi.
00:12:37.02 E lo illustriamo
00:12:38.25 con la seguente disposizione di spine e fori
00:12:41.15 in modo che tu possa vedere, di nuovo,
00:12:43.04 la chiave e il buco della serratura si incastreranno solo insieme
00:12:45.20 facendo quell'angolo diedro di 90 gradi,
00:12:48.11 e questo è nella realtà fisica imposto dal fatto
00:12:51.01 che sono solo tre quarti di giro,
00:12:53.14 8 coppie di basi interagenti.
00:12:56.00 Quindi ora facciamo un esperimento mentale
00:12:57.25 che elabora ulteriormente questa idea
00:13:00.04 che questo angolo diedro di 90 gradi
00:13:01.27 consente l'autoassemblaggio
00:13:03.16 di una struttura cuboide solida tridimensionale.
00:13:06.27 Immagina di avere nel nostro programma CAD
00:13:09.01 un mucchio di questi mattoni a filamento singolo,
00:13:11.28 e poi la prima cosa che facciamo è
00:13:12.24 mettiamo insieme un mucchio di questi mattoni
00:13:15.11 in questi raggruppamenti planari.
00:13:17.11 E in questa rappresentazione,
00:13:18.28 i mattoni non interagiscono effettivamente tra loro
00:13:21.06 con qualsiasi abbinamento di basi,
00:13:22.24 li stiamo semplicemente raggruppando nel nostro programma CAD
00:13:24.13 a scopo esplicativo.
00:13:27.02 Il prossimo passo è generare un altro raggruppamento planare di questi mattoni,
00:13:30.26 dove ora abbiamo ruotato l'orientamento dei mattoni
00:13:33.02 di 90 gradi in senso antiorario.
00:13:34.28 Quindi si spera guardando il
00:13:37.25 orientamento di questi buchi della serratura,
00:13:39.19 puoi vedere che abbiamo ruotato l'orientamento
00:13:41.04 dei mattoni di 90 gradi in senso antiorario.
00:13:44.19 Ora possiamo ripetere il processo,
00:13:46.11 altri 90 gradi in senso antiorario,
00:13:48.06 altri 90 gradi in senso antiorario,
00:13:50.21 e poi altri 90 gradi in senso antiorario.
00:13:54.25 Ora il prossimo passo è programmare quei tappi e quei fori
00:13:57.16 per avere una complementarità di sequenza unica.
00:13:59.29 Quindi, per esempio, questo plug qui sarà complementare
00:14:02.26 con questo buco qui, ecc, ecc.
00:14:05.18 Di nuovo, ognuno di questi mattoni a singolo filamento
00:14:07.13 ha una sequenza unica,
00:14:09.08 ha quattro vicini più prossimi unici,
00:14:11.17 e ha la complementarità di base desiderata
00:14:15.07 tra i domini più vicini.
00:14:18.07 E se lo fai, spero che tu possa vedere
00:14:19.25 come potresti autoassemblare questi diversi piani
00:14:22.17 in questa struttura cuboide,
00:14:24.26 in effetti ti limiteresti a lanciare tutti quei mattoni a filamento singolo
00:14:27.08 insieme in una piscina
00:14:28.25 e facendoli autoassemblare proprio come prima,
00:14:30.25 ma ora in 3 dimensioni.
00:14:34.28 Inoltre, possiamo astrarre questo
00:14:36.17 in termini di processo di progettazione,
00:14:38.23 in termini di tela tridimensionale,
00:14:41.23 una tela cuboide tridimensionale,
00:14:44.02 dove ciascuno di questi elementi di volume, o voxel,
00:14:46.23 è 2,5 nm x 2,5 nm x 2,5 nm.
00:14:50.18 Quindi in questo caso,
00:14:51.19 le doppie eliche sono di nuovo in funzione
00:14:52.25 dall'angolo in basso a sinistra
00:14:54.17 nell'angolo in alto a destra.
00:14:58.13 E ognuna di queste, di nuovo, sono 8 coppie di basi,
00:15:00.24 che rappresenta un dominio
00:15:03.09 da ciascuno di quei mattoni che interagiscono tra loro.
00:15:06.05 Quindi nello spazio del design ciò che facciamo è noi
00:15:07.11 inizia da questa tela cuboide tridimensionale,
00:15:10.09 iniziamo a rimuovere i voxel
00:15:12.10 finché non ci ritroviamo con un oggetto tridimensionale che vogliamo.
00:15:15.19 Poi abbiamo un programma per computer
00:15:17.10 che compilerà questa rappresentazione astratta dell'elemento voxel
00:15:22.11 nella rappresentazione in mattoni,
00:15:24.27 quindi il programma chiederà,
00:15:26.07 "OK, quale serie di mattoni devo rimuovere
00:15:29.00 per permettermi di rimuovere
00:15:31.12 singoli elementi del volume."
00:15:34.22 Quindi qualunque serie di mattoni
00:15:36.21 che ci restano da pipettare,
00:15:38.20 che ora è tradotto in istruzioni per il robot pipettatore,
00:15:41.20 che poi andrà a pipettare sottoinsiemi di filamenti
00:15:44.04 corrispondente a qualsiasi tipo di oggetto
00:15:46.06 che vogliamo costruire.
00:15:48.24 Ancora una volta, Peng adora il numero 100,
00:15:52.08 quindi Yonggang e Luvena
00:15:55.01 si è sforzato di costruire oltre 100 oggetti diversi,
00:15:57.26 proprio come prima ma ora in 3 dimensioni.
00:15:59.27 Rappresenta i diversi design che possono essere creati,
00:16:02.23 ora abbiamo lettere in rilievo tridimensionale,
00:16:06.03 abbiamo caratteri cinesi
00:16:07.25 che sono inscritti in mattoni/blocchi tridimensionali,
00:16:11.03 stessa cosa con i numeri.
00:16:13.01 In questa riga qui, è una rappresentazione interessante
00:16:15.18 dove ora dovrebbe rappresentare il solido
00:16:19.13 mattoni che abbiamo lasciato fuori dall'assemblea,
00:16:22.22 e il traslucido rappresenta i mattoni che abbiamo lasciato.
00:16:26.10 Quindi questo significa che questo è
00:16:27.06 dovrebbe autoassemblarsi in un oggetto solido
00:16:30.09 con cavità completamente chiusa
00:16:32.15 che ha una disposizione di tipo toroidale.
00:16:37.09 E poi un po' di pipettaggio è stato eseguito da un robot pipettatore,
00:16:40.10 quindi dai le istruzioni al robot,
00:16:41.26 torna tra due giorni, e di nuovo,
00:16:43.21 non abbiamo ancora una piattaforma di imaging automatizzata,
00:16:45.21 quindi c'era molto lavoro da fare
00:16:49.16 nel generare questa cifra
00:16:51.14 dove ora abbiamo le micrografie elettroniche,
00:16:53.18 di questi diversi oggetti.
00:16:54.21 Queste sono immagini di proiezione,
00:16:57.27 per esempio qui possiamo vedere una piccola astronave
00:17:00.24 che stavamo cercando di progettare.
00:17:04.09 Ecco un'animazione di Gael McGill
00:17:05.27 alla Harvard Medical School
00:17:07.15 che illustra ciò che pensiamo
00:17:09.28 potrebbe essere la dinamica della struttura.
00:17:15.28 Quindi ora esaminerò una serie di
00:17:17.24 esempi di diversi tipi di strutture,
00:17:19.17 solo per darti, ancora una volta, una sensazione di generalità.
00:17:22.03 Di nuovo, parti da questa tela tridimensionale,
00:17:24.02 inizi a rimuovere gli elementi del volume,
00:17:26.08 riducilo finché non ottieni l'oggetto che desideri.
00:17:31.23 Quindi ecco un oggetto con quella cavità all'interno
00:17:35.08 Ho appena menzionato.
00:17:36.28 Quindi ora, quando immagini questo nella microscopia elettronica a trasmissione,
00:17:40.01 otterrai immagini di proiezione
00:17:42.00 -- sono un po' come i raggi X --
00:17:43.27 quindi se guardi le particelle con orientamenti diversi,
00:17:46.13 allora ti aspetteresti di vedere immagini diverse.
00:17:49.27 Quindi, ad esempio,
00:17:51.06 ti aspetteresti di vedere la "O"
00:17:52.25 se guardi dall'alto verso il basso,
00:17:54.21 ma se guardi di lato,
00:17:56.04 allora ti aspetteresti di vedere
00:17:57.26 qualcosa di più simile a questo.
00:18:03.03 Ecco un oggetto, è una faccina sorridente tridimensionale.
00:18:06.13 Di nuovo, ognuno di questi elementi di volume
00:18:08.11 è 2,5 nm x 2,5 nm x 2,5 nm, 8 coppie di basi.
00:18:13.28 E guardando dall'alto
00:18:15.11 possiamo vedere la faccina sorridente,
00:18:16.22 guardando di lato
00:18:17.23 poi vediamo un diverso tipo di immagine.
00:18:23.25 Ecco un oggetto progettato per formare
00:18:27.05 una specie di dado a 6 facce
00:18:29.29 tranne che è un dado traditore
00:18:31.26 e ha solo 3 numeri,
00:18:33.16 quindi ha diversi canali incrociati
00:18:36.07 attraverso l'oggetto e, ancora,
00:18:37.24 a seconda di quale faccia atterra sulla griglia,
00:18:39.15 ti aspetti di vedere immagini diverse.
00:18:42.14 Quindi, 1, 2, 3.
00:18:44.22 Tutto lo stesso oggetto,
00:18:45.29 semplicemente atterrando in diversi orientamenti sulla griglia.
00:18:51.13 Ecco un oggetto che quando guardi dall'alto
00:18:53.17 dovrebbe assomigliare alla lettera "B"
00:18:55.15 e quando guardi di lato
00:18:56.21 dovrebbe assomigliare alla lettera "A".
00:18:58.21 E ancora, è qualcosa che possiamo vedere.
00:19:03.28 Ecco un altro oggetto,
00:19:05.02 sembra "C" dall'alto,
00:19:06.15 e "D" di lato.
00:19:13.09 Ecco un oggetto con fondamentalmente un canale in alto,
00:19:18.03 e se guardiamo dall'alto
00:19:19.28 quindi possiamo vedere questo caratteristico schema di canale,
00:19:23.16 di nuovo se guardiamo di lato,
00:19:25.10 quindi possiamo vedere che abbiamo solo rimosso i fili
00:19:27.07 per parte della parte superiore dell'oggetto,
00:19:29.16 il fondo dell'oggetto rimane solido.
00:19:34.12 Per le strutture bidimensionali,
00:19:36.02 Il gruppo di Peng ha sviluppato del software
00:19:38.05 che consente loro di progettare rapidamente
00:19:39.24 qualsiasi forma vogliano.
00:19:41.15 Quindi puoi iniziare da una sorta di immagine
00:19:43.12 che carichi nel software,
00:19:45.14 il software eseguirà il rilevamento dei bordi
00:19:47.28 e poi scopri dove sono i confini
00:19:48.23 dell'oggetto sono,
00:19:50.20 e poi basato su quell'algoritmo
00:19:53.25 il programma può determinare automaticamente
00:19:55.24 quali fili includere nell'autoassemblaggio,
00:19:57.29 quali escludere.
00:20:03.23 Per le strutture tridimensionali,
00:20:05.27 questo è qualcosa che è ancora in corso,
00:20:07.11 ma quello che ha fatto Yonggang è stato prendere
00:20:10.01 il suo programma di rendering tridimensionale preferito,
00:20:12.24 gli ha detto di rendere questa serie di elementi del volume,
00:20:15.22 e poi quello che sta facendo ora in tempo reale
00:20:17.18 sta scavando canali in questa struttura cuboide,
00:20:22.20 quindi sta solo rimuovendo i canali.
00:20:25.23 In tempo reale possiamo vederlo creare due canali incrociati
00:20:29.00 che sono ortogonali.
00:20:32.24 E questo ti dà la sensazione che,
00:20:34.15 in pochi minuti,
00:20:36.06 ora puoi progettare qualsiasi struttura tu voglia,
00:20:38.12 molto simile a quello che fa uno scultore.
00:20:41.04 Ma poi ci vorrà un po' di tempo per il pipettatore
00:20:43.08 per pipettare tutti i fili,
00:20:44.23 affinché si verifichi la piegatura,
00:20:46.09 e poi per l'imaging,
00:20:48.02 ci vorrà un po' di tempo
00:20:50.08 finché non avremo una piattaforma automatizzata per questo.
00:21:01.01 Quindi, per ricapitolare,
00:21:02.12 abbiamo una fase di progettazione
00:21:04.04 da dove partiamo dalla nostra tela
00:21:05.24 -- Tela bidimensionale/3 dimensionale --
00:21:08.01 scopriamo quale dei mattoni
00:21:11.05 vogliamo includere/escludere.
00:21:13.06 Questo viene convertito dal software in istruzioni di pipettaggio per il robot.
00:21:16.19 Il robot fa il suo dovere.
00:21:18.16 E poi riscaldiamo e raffreddiamo le ciocche
00:21:20.28 nel corso di una giornata,
00:21:22.09 o più per gli oggetti più complicati,
00:21:25.09 e poi li osserviamo usando la microscopia a forza atomica
00:21:28.07 o microscopia elettronica a trasmissione.
00:21:33.06 È sempre bello avere altri film
00:21:34.19 così possiamo vedere il robot pipettatore in azione.
00:21:42.01 E possiamo immaginare, si spera
00:21:44.21 un giorno non troppo lontano da adesso dove tutto è automatizzato,
00:21:47.21 così possiamo semplicemente progettare gli oggetti
00:21:49.28 e poi tutto il resto verrà gestito automaticamente,
00:21:52.20 inclusa l'imaging.
00:21:53.29 Potrebbe essere una risorsa meravigliosa per gli studenti che,
00:21:58.04 se possono andare online,
00:21:59.18 invia i loro progetti online
00:22:01.01 e poi forse c'è una possibilità
00:22:02.28 che un laboratorio costruirà effettivamente l'oggetto in laboratorio
00:22:06,00 e poi lo studente può vedere il suo oggetto,
00:22:08.23 un microscopio elettronico
00:22:10.15 o una micrografia a forza atomica
00:22:11.24 dell'oggetto che hanno progettato.
00:22:14.02 Per riassumere fino a questo punto,
00:22:15.22 ora abbiamo un secondo metodo che ci permette di
00:22:18.14 genera oggetti che sono
00:22:20.20 circa il doppio della massa di un ribosoma o più grande,
00:22:23.20 che è stato appena pubblicato nell'ultimo anno
00:22:25.02 dal laboratorio di Peng Yin,
00:22:27.29 tessere e mattoni del DNA ora,
00:22:29.29 che non richiede un lungo filo singolo.
00:22:33.06 E per alcune applicazioni puoi immaginare
00:22:35.02 con questa capacità di sovrapposizione,
00:22:37.05 puoi scegliere arbitrariamente quale vuoi selezionare.
00:22:40.22 Tuttavia, quando guardiamo più da vicino
00:22:42.04 potremmo immaginare che i metodi indipendenti
00:22:44.13 potrebbe avere diversi vantaggi a seconda dell'applicazione.
00:22:48.18 Ad esempio, con DNA Origami,
00:22:50.18 abbiamo notato finora che le assemblee
00:22:52.15 sembra essere più veloce.
00:22:53.27 Quindi, sebbene quel lungo filo non sembri assolutamente necessario,
00:22:57.07 potremmo immaginare che aiuti ad accelerare le cose
00:22:59.24 afferrando i singoli fili
00:23:01.08 e riunirli più rapidamente.
00:23:04.08 Un secondo vantaggio è che
00:23:05.22 crediamo che il DNA Origami,
00:23:07.24 almeno come è attualmente costituito,
00:23:09.12 potrebbe essere termodinamicamente più stabile
00:23:11.11 per avere questo lungo filo che attraversa l'intero oggetto.
00:23:14.06 Potremmo immaginare l'esperimento mentale di
00:23:15.11 e se partissimo dalle tessere del DNA
00:23:17.19 e poi ho iniziato a legare insieme alcune di quelle piastrelle o mattoni
00:23:20.15 per fare un lungo filo.
00:23:21.28 Quindi dovrebbe essere più stabile,
00:23:24.05 quindi in questo modo immaginiamo DNA Origami
00:23:26.05 ha più collegamenti tra i fili,
00:23:27.29 filo più lungo,
00:23:29.08 allora dovrebbe essere più stabile,
00:23:30.29 almeno attualmente.
00:23:32.15 E finalmente possiamo immaginare che DNA Origami
00:23:34.20 probabilmente può offrire una maggiore resistenza meccanica,
00:23:37.20 che se hai quel lungo filo da impalcatura
00:23:39.22 si incrocia in tutta la struttura,
00:23:42.17 ora devi rompere i legami covalenti, probabilmente,
00:23:44.26 per distruggere davvero l'oggetto.
00:23:46.25 Mentre con l'oggetto tessera DNA,
00:23:48.22 ora se potessi immaginare di creare una sfaccettatura, una rottura
00:23:52.22 senza dover recidere alcun legame covalente.
00:23:56.05 Quindi quali sono i potenziali vantaggi di
00:23:57.25 Tessere DNA o mattoni sopra Origami?
00:24:00.04 Beh, uno è che il design è più modulare,
00:24:02.08 corrisponde più alla nostra intuizione di come i mattoncini Lego
00:24:06.17 può essere progettato.
00:24:08.23 È concettualmente più semplice
00:24:10.13 e di solito è qualcosa che è desiderabile.
00:24:13.12 Spesso quando il processo di progettazione è più semplice
00:24:15.12 allora sarà più versatile
00:24:17.24 e più potente.
00:24:19.11 Sarà meglio insegnare agli studenti come funziona.
00:24:23.06 E poi finalmente le tessere DNA offrono il
00:24:26.05 vantaggio della diversità sintetica,
00:24:28.05 perché tutti questi elementi sono fili corti
00:24:31.10 e sono accessibili attraverso la chimica sintetica,
00:24:34.05 il che significa che possiamo mettere qualsiasi tipo di analogo nucleosidico
00:24:36.11 che vogliamo lì dentro,
00:24:38.06 supponendo che siano ancora coppie di basi,
00:24:39.27 mentre con il DNA Origami,
00:24:41.07 perché si basa su questo lungo filo singolo,
00:24:44.10 attualmente il nostro unico modo per generare questi lunghissimi fili singoli
00:24:46.17 è enzimaticamente,
00:24:48.19 e quindi siamo limitati a quei nucleosidi trifosfati
00:24:51.06 riconosciuti dalle DNA polimerasi.
00:24:54.25 Quindi, dove potrebbe essere potenzialmente vantaggioso?
00:24:56.24 Quindi diciamo che stai cercando di
00:24:58.06 autoassembla un veicolo per la consegna della droga.
00:25:01.16 Forse se lo costruissi con DNA Origami,
00:25:03.11 inizieresti a preoccuparti, beh,
00:25:05.14 forse le nucleasi digeriranno il mio lungo filamento.
00:25:08.14 Forse il mio lungo filo sta per
00:25:09.28 innesca una risposta immunitaria innata.
00:25:12.21 Ma se questo è il mio problema,
00:25:14.11 allora forse dovrei pensare di progettare lo stesso tipo di struttura,
00:25:17.13 ma con mattoni del DNA,
00:25:18.25 dove posso usare, diciamo, blocchi di costruzione di immagini speculari
00:25:21.15 resistenti alle nucleasi
00:25:23.18 e che non sono riconosciuti dalla risposta immunitaria innata.
00:25:27.14 Quello che abbiamo scoperto è che, di nuovo,
00:25:28.21 per questi oggetti discreti,
00:25:30.13 forse le prestazioni dei due metodi sono simili,
00:25:32.26 ma dove il metodo del DNA brick sembra davvero brillare
00:25:36.00 sta costruendo strutture periodiche.
00:25:38.13 Quindi quello che abbiamo fatto qui è.
00:25:40.02 quello che ha fatto Yonggang è
00:25:41.19 ha programmato il lato destro
00:25:43.15 di questa cella unitaria leggermente ombreggiata
00:25:45.20 per avere estremità adesive complementari
00:25:47.24 sul lato sinistro,
00:25:49.17 o spine e fori complementari dovrei dire,
00:25:51.25 e spine e fori complementari
00:25:53.02 dal front-end e dal back-end.
00:25:55.21 E quindi ora quello che accadrà è
00:25:57.09 che quella cella unitaria non si fermerà con un oggetto discreto,
00:25:59.19 effettivamente polimerizzerà
00:26:01.23 in un reticolo bidimensionale.
00:26:03.20 Inoltre, non lo è.
00:26:05.12 non pensiamo che si stia formando gerarchicamente
00:26:07.02 - non è che formi un mucchio di celle unitarie
00:26:08.22 e quelle celle unitarie si assemblano.
00:26:10.13 Piuttosto, crediamo che l'assemblea
00:26:12.03 sta crescendo pezzo per pezzo.
00:26:14.01 Quindi ogni singolo mattone
00:26:15.06 sta aggiungendo uno per uno.
00:26:17.24 E in questo modo, guardando questa assemblea periodica,
00:26:20.04 in realtà, se ci pensi
00:26:22.02 -- un esperimento mentale --
00:26:23.27 la definizione della cella unitaria ora
00:26:25.25 è un po' arbitrario,
00:26:27.13 perché potremmo facilmente disegnare
00:26:28.29 una cella unitaria che collega questi quattro angoli.
00:26:31.06 È equivalente a queste strutture periodiche.
00:26:34.28 Comunque, l'importante è che
00:26:36.09 questo metodo di mattoni a singolo filamento
00:26:37.29 sembra darci prestazioni migliori
00:26:39.18 in provetta
00:26:40.23 nel creare queste strutture periodiche.
00:26:43.08 Quindi questo è un design davvero notevole
00:26:45.14 sviluppato da Yonggang,
00:26:47.19 dove le eliche puntano verso l'alto
00:26:49.28 fuori dal piano del cristallo di DNA
00:26:52.11 e la cella unitaria ha dimensioni di
00:26:54.21 6 eliche x 6 eliche,
00:26:56.12 quindi circa 15 nm x 15 nm.
00:27:01.16 E in questo esempio particolare,
00:27:03.01 ha progettato una cavità all'interno della cella elementare
00:27:05.19 di un'elica 2x2, eliche che mancano.
00:27:09.10 E poi quello che farà è ora
00:27:10.18 si autoassembla in un cristallo che,
00:27:13.03 dove ancora la cella unitaria ha dimensioni di circa 15 nm,
00:27:15.20 le dimensioni dei fori di circa 5 nm,
00:27:17.27 e l'intero cristallo può crescere
00:27:19.29 più micron di dimensione.
00:27:22.24 Crediamo che questo tipo di strutture
00:27:24.15 potrebbe avere un'applicazione come modello
00:27:26.29 forse per la coltivazione di materiali inorganici
00:27:29.16 per creare fili molecolari
00:27:31.06 e dispositivi plasmonici.
00:27:32.29 Pensiamo che potrebbe avere applicazione anche in biologia
00:27:35.16 per qualcosa come la cristallografia ospite-ospite
00:27:38.04 immaginato da Ned Seeman.
00:27:40.11 In questo esempio sarebbe bidimensionale,
00:27:42.24 e se potessimo ottenere proteine ​​di membrana?
00:27:45.03 da assemblare in orientamenti stereotipati
00:27:47.26 e luoghi
00:27:49.05 all'interno di queste cavità
00:27:50.27 e usa il cristallo del DNA
00:27:52.14 per imporre quell'ordine cristallino
00:27:53.18 su quelle proteine.
00:27:55.10 Potrebbe essere un modo per accelerare la ricerca sulla biologia strutturale.
00:28:00.00 Quindi questo è solo qualche altro esempio di
00:28:01.29 cristalli bidimensionali periodici.
00:28:03.21 In questo caso, quello che sta facendo Yonggang è
00:28:05.27 sta polimerizzando nella direzione delle eliche,
00:28:09.10 quindi di nuovo, ogni cilindro è una doppia elica,
00:28:14.24 e possiamo vedere questi canali precisi.
00:28:16.11 È la stessa storia degli oggetti discreti,
00:28:18.15 inizia solo da una cella unitaria cuboide solida
00:28:21.15 e poi rimuove i fili per creare
00:28:23.22 le caratteristiche della cavità,
00:28:25.14 e in questo modo può creare
00:28:27.01 un insieme di cristalli estremamente diversificato
00:28:29.04 con caratteristiche complesse.
00:28:31.06 Fondamentalmente non è accessibile
00:28:33.28 utilizzando qualsiasi altro metodo noto.
00:28:35.27 Quindi questo è un esempio interessante in cui quello che ha fatto è stato
00:28:37.23 ha creato un cristallo molto pensato che era solo
00:28:40.19 Credo 32 paia di basi in altezza,
00:28:43.07 e ora si è scoperto con il suo design,
00:28:46.11 la struttura non voleva più essere planare,
00:28:48.21 ma invece aveva una tendenza
00:28:50.16 da avvolgere per fare un tubo.
00:28:53.19 E possiamo vedere questi nanotubi
00:28:55.07 che hanno un aspetto che ricorda in qualche modo
00:28:57.27 di assemblee biologiche come.
00:28:59.25 questo è un virus del mosaico del tabacco.
00:29:02.29 Ovviamente questo oggetto è fatto interamente di DNA
00:29:04.29 - non è infettivo.
00:29:10.07 Yonggang e Wei Sun nel laboratorio di Peng Yin
00:29:12.16 hanno continuato a usare questi cristalli
00:29:15 per modellare l'autoassemblaggio
00:29:16.25 di nanoparticelle d'oro su di loro.
00:29:18.16 Di nuovo, potenzialmente per l'elettronica
00:29:20.05 o applicazioni di tipo fotonico.
00:29:22.16 E quindi quello che hanno fatto qui è che hanno decorato
00:29:23.24 Particelle d'oro 5 nm con colla a filamento singolo,
00:29:30.08 e poi hanno la colla complementare
00:29:31.24 che riveste l'interno di questi canali,
00:29:34.15 e in questo modo riescono ad ottenere densità elevate
00:29:36.12 di queste particelle d'oro in quei canali.
00:29:39.10 Ecco, quello che hanno fatto è che hanno appena
00:29:41.09 ha rivestito l'intera superficie con un'alta densità
00:29:44.04 di queste nanoparticelle d'oro da 5 nm.
00:29:52.03 Devo dire che sebbene DNA Origami
00:29:54.08 non è buono come i mattoni del DNA
00:29:56.08 per realizzare queste strutture bidimensionali,
00:29:58.01 ha una certa capacità di farlo.
00:30:00.07 Quindi questo è un lavoro di Yonggang
00:30:01.23 che non abbiamo pubblicato
00:30:03.08 dove ha costruito questi blocchi a nido d'ape,
00:30:08.00 blocchi esagonali che si autoassemblano
00:30:10.08 in un cristallo esagonale
00:30:11.24 che ha dimensioni simili a quelle che ti ho mostrato prima
00:30:14.01 - un paio di micron x un paio di micron.
00:30:16.24 E il gruppo di Ned Seeman ha pubblicato un bel lavoro
00:30:19.21 in cui hanno progettato un blocco da costruzione
00:30:21.17 che sembra una specie di due strati
00:30:24.13 Origami in stile rodeman
00:30:26.29 e siamo in grado di autoassemblarlo
00:30:29.11 in una matrice rettangolare,
00:30:30.23 di nuovo un paio di micron x un paio di micron.
00:30:33.07 Ma vorrei sottolinearlo con DNA Origami
00:30:35.22 sono solo un paio di casi idiosincratici
00:30:39.00 dove siamo riusciti ad avere successo
00:30:40.22 per costruire questi cristalli molto grandi,
00:30:42.24 ma con i mattoni a singolo filamento,
00:30:44.12 sembra che la maggior parte delle cose che proviamo funzionino,
00:30:46.29 ed è molto, molto più facile da progettare.
00:30:48.24 Tralascia solo alcuni fili
00:30:49.29 e poi ora hai un nuovo cristallo.
00:30:52.28 Finora quello che abbiamo osservato
00:30:54.17 è che i cristalli di mattoni del DNA sembrano essere più robusti
00:30:57.29 rispetto ai cristalli di DNA Origami impalcati.
00:31:00.16 Con i cristalli Origami,
00:31:02.01 abbiamo solo un paio di casi
00:31:03.06 dove sembra aver funzionato.
00:31:04.17 Con i cristalli di mattoni del DNA,
00:31:05.22 è molto semplice per noi solo
00:31:07.00 lascia fuori alcuni fili
00:31:08.14 e crea un nuovo cristallo,
00:31:10.05 e qualcosa di più rigido, di qualità superiore.
00:31:13.01 Quindi si spera in futuro
00:31:15.00 possiamo sviluppare metodi per migliorare i cristalli di DNA Origami,
00:31:18.03 ma nel frattempo possiamo speculare sul perché, attualmente,
00:31:22.09 i cristalli di DNA brick si stanno formando meglio.
00:31:24.24 Quindi possiamo fare l'esperimento mentale che forse,
00:31:27.04 per il cristallo DNA Origami,
00:31:28.24 potresti immaginare di preformare le celle unitarie.
00:31:32.25 potresti immaginare di preformare le celle unitarie
00:31:34.17 e poi ora li mescoli insieme,
00:31:36.04 e il problema è che poiché le celle unitarie sono così grandi,
00:31:39.07 può essere molto difficile ottenere assemblaggi reversibili.
00:31:41.29 Quindi prendi così tanti contatti con il reticolo in crescita
00:31:44.03 che è difficile sloggiarsi.
00:31:45.24 E nota che questo è lo stesso tipo di difficoltà
00:31:47.21 che affligge la cristallografia macromolecolare,
00:31:50.20 che diventa molto difficile cristallizzare grandi complessi
00:31:53.15 per questo motivo, tra gli altri.
00:31:57.18 Confrontiamolo con la crescita dei cristalli di mattoni del DNA,
00:32:00.05 dove si sta verificando la crescita
00:32:02.29 attraverso questi brevissimi elementi
00:32:04.23 che sono lunghe solo 32 basi.
00:32:06.20 E poiché sono così brevi,
00:32:07.27 è molto facile per loro entrare, uscire.
00:32:10.02 Se c'è un errore, ha la possibilità di andarsene.
00:32:12.27 Ma poiché ci sono molti tipi diversi di mattoni,
00:32:15.22 puoi ancora ottenere una cella elementare molto complicata.
00:32:19.03 Quindi è quasi come se potessi avere la tua torta e mangiarla anche tu.
00:32:22.04 Puoi avere una cella unitaria molto complessa,
00:32:24.04 ma sta assemblando un sottocomponente alla volta,
00:32:27.06 quindi ottieni ancora quell'autoassemblaggio reversibile
00:32:30.01 che sembra essere fondamentale per la crescita robusta di un cristallo.
00:32:38.19 Quindi, in conclusione,
00:32:39.29 quello che abbiamo visto dal laboratorio di Peng Yin
00:32:42.03 negli ultimi due anni,
00:32:43.29 abbiamo anche collaborato per aiutarli in questo,
00:32:46.12 è un nuovo fantastico metodo per le strutture autoassemblanti
00:32:50.10 che hanno le dimensioni di un ribosoma o forse anche più grandi.
00:32:53.17 Possiamo costruirli in 2 dimensioni,
00:32:54.27 possiamo costruirli in 3 dimensioni.
00:32:57.03 In questo momento sembra che ci sia
00:32:58.21 un vantaggio speciale con questi mattoni a singolo filamento
00:33:01.07 in strutture periodiche in crescita,
00:33:03.13 e crediamo che questo possa avere importanti applicazioni
00:33:06.01 che vanno dall'elettronica molecolare alla fotonica
00:33:08.20 alla biologia strutturale.


Autoassemblaggio di DNA Origami utilizzando nanoribboni di DNA basati sull'amplificazione del cerchio rotante

Durante lo sviluppo della nanotecnologia strutturale del DNA, l'emergere di origami di DNA a scaffold è meraviglioso. Utilizza la specificità intrinseca della doppia elica del DNA dell'accoppiamento di basi Watson-Crick e le caratteristiche strutturali per creare strutture autoassemblanti su scala nanometrica che mostrano il carattere indirizzabile. Tuttavia, l'assemblaggio degli origami del DNA è disordinato e imprevedibile. Qui, presentiamo una nuova strategia per assemblare l'origami del DNA utilizzando nanonastri di DNA basati sull'amplificazione del cerchio rotante come linker. In primo luogo, il DNA a singolo filamento lungo dall'amplificazione del cerchio rotante viene ricotto con diversi punti metallici per formare tipi di nanonastri di DNA con sporgenze. Successivamente, l'origami rettangolare viene formato con fili di graffette sporgenti su qualsiasi bordo che si ibriderebbero con i nanonastri di DNA. Mescolandoli, illustriamo l'assemblaggio unidimensionale anche bidimensionale di DNA origami con un buon orientamento.

Come servizio ai nostri autori e lettori, questo giornale fornisce informazioni di supporto fornite dagli autori. Tali materiali sono sottoposti a revisione paritaria e possono essere riorganizzati per la consegna online, ma non vengono modificati o impaginati.I problemi di supporto tecnico derivanti dalle informazioni di supporto (diversi dai file mancanti) devono essere indirizzati agli autori.

Nome del file Descrizione
cjoc_201300827_sm_suppl.pdf297.3 KB suppl

Nota: l'editore non è responsabile per il contenuto o la funzionalità delle informazioni di supporto fornite dagli autori. Qualsiasi domanda (diversa dal contenuto mancante) deve essere indirizzata all'autore corrispondente per l'articolo.


Come DNA Origami manipola le proteine ​​per la bioingegneria

La manipolazione fisica di strutture microscopiche e proteine ​​consente agli scienziati di alterare la biologia cellulare.

Per la maggior parte, questo approccio su piccola scala fornisce un collegamento vitale tra le risposte naturali nelle cellule e l'intervento medico. Questo approccio potrebbe aprire nuove opportunità nella biologia cellulare, nella biotecnologia e nei farmaci.

Al centro di questo c'è l'origami del DNA. Questa recente tecnica nella creazione di strutture ibride impiega DNA e proteine ​​per formare nuovi componenti più vantaggiosi. È il lavoro di Florian Praetorius e del Prof. Hendrik Dietz dell'Università Tecnica di Monaco e sicuramente verrà replicato altrove.

Che cos'è l'origami del DNA e perché è una svolta così importante?

DNA Origami è il termine non scientifico per l'atto di piegare e manipolare proteine ​​e filamenti di DNA.

I ricercatori prendono questi elementi e li ricostruiscono in strutture completamente nuove. Ciò significa che gli scienziati possono ora riassemblare e creare nuovi elementi costitutivi biologici. Non stanno piegando un materiale per creare qualcosa di intricato e bello, come fare una gru con la carta.

Questi elementi sono ancora belli a modo loro, ma non è questo l'obiettivo principale qui. Invece, lo stanno piegando per rendere qualcosa di funzionale a livello molecolare. Questo è importante nei campi biotecnologici.

C'erano una volta limitazioni nella creazione di strutture tramite sintesi chimica. Nessuna costruzione poteva avvenire all'interno di un ambiente biologico, almeno fino ad ora.

Questa tecnica di piegatura e "origami" è principalmente il risultato di "graffette" naturali.

Invece di manipolare queste forme in modo invasivo, questo nuovo metodo di piegatura crea forme all'interno delle cellule attraverso la codifica genetica. Si tratta di prendere due parti del filamento di DNA e collegarle insieme per creare quella piega, piuttosto che la piega stessa. I designer parlano di "cucitura".

Questo è forse un modo un po' fuorviante per dire il processo fisico, ma è ancora un termine più corretto per questo legame biologico.

Quello che succede qui è che i ricercatori portano varianti sintetiche di batteri, note come proteine ​​TAL. Queste proteine ​​sono componenti naturalmente attivi che prenderanno di mira le aree di interesse nel filamento di DNA e le uniranno insieme.

Le proteine ​​TAL manipolate attraverso l'ingegneria mirano ad aree specifiche per formare quelle forme intricate.

Il vantaggio aggiuntivo qui è che queste proteine ​​svolgono il lavoro all'interno della cellula. Ciò significa che tutto si verifica dopo che ha avuto luogo qualsiasi sintesi chimica e produzione di proteine.

Una mancanza di sintesi chimica significa anche un'interazione umana minima oltre la programmazione genetica iniziale. Gli elementi provengono dalle celle e sono assemblati autonomamente. Questo apre le porte alla manipolazione molecolare all'interno delle cellule e alla progettazione di nuove strutture.

Questa rilegatura e pinzatura vengono quindi utilizzate in modo tale da creare nuove strutture diverse e complesse.

Un sito di legame e una graffetta forniscono una forma di riformazione proteica per un nuovo scopo. I ricercatori non devono fermarsi a un sito oa una forma di proteina per struttura.

Con il metodo di piegatura perfezionato, i ricercatori possono usarlo in molti modi. Più siti di legame ci sono in queste cellule, più opportunità ci sono di manipolare la struttura e crearne di nuovi.

Oltre a ciò, queste proteine ​​"figlie" possono anche fungere da ancore, dove qualsiasi filamento può attaccarsi. Questa fusione genetica può consentire l'adesione di proteine ​​extra al DNA, altri filamenti di DNA o altri componenti utili. Ciò complica ulteriormente la progettazione e consente una gamma più diversificata di nuove strutture.

Perché tutto questo è così importante nella ricerca genetica e nella biomeccanica?

L'origami del DNA non è un semplice trucco accurato che consente agli scienziati di giocare con le forme e creare bellissime immagini microscopiche. Mentre la massa ripiegata di proteine ​​è attraente sulla sua strada, c'è un possibile elemento qui.

Si spera che questa nuova tecnica possa alterare il modo in cui leggiamo il codice genetico ed elaboriamo le informazioni genetiche. I geni potrebbero quindi essere nascosti o esposti, a seconda del loro valore o del danno alla cellula.

L'uso della manipolazione delle proteine ​​potrebbe aiutare a stimolare la risposta immunitaria nelle cellule. Ciò creerebbe nuove opportunità nell'aiutare i problemi autoimmuni e la prevenzione delle malattie.

Inoltre, c'è la possibilità che possa migliorare i processi biotecnologici. Sembra che questa tecnica di piegatura possa avere molte potenzialità non sfruttate.


DNA Origami

Potresti riconoscere il DNA come una delle strutture biologiche più conosciute. Ma quale modo migliore per capire i colpi di scena, le svolte e le regole dell'abbinamento delle basi se non creare il tuo modello di origami 3D?

La forma più comune del DNA nelle cellule viventi è una doppia elica destrorsa chiamata B-DNA. Questa struttura è stata proposta per la prima volta da Francis Crick e James Watson, sulla base dei risultati di quasi due anni di lavoro ed era in parte basata sui dati di diffrazione dei raggi X dei loro colleghi Maurice Wilkins e Rosalind Franklin. La versione scaricabile che abbiamo creato è la versione per destrimani.

Tuttavia, il DNA può anche formare altre due forme!

Anche l'A-DNA è una struttura elicoidale destrorsa, ma è più corta e più larga e si trova solitamente in campioni disidratati di DNA. Z-DNA è un'altra versione insolita, in cui il DNA assume una forma mancina. È una fase temporanea, esistente in risposta a determinate attività cellulari, come quando alcuni geni vengono trascritti in proteine.

Scarica i fogli di istruzioni su come realizzare il modello o guarda il video.


DNA origami si basa su un design creato da Alex Bateman di EMBL-EBI.


DNA Origami: DNA piegato come materiale da costruzione per dispositivi molecolari

Gli esseri viventi usano il DNA per immagazzinare le informazioni genetiche che rendono unica ogni pianta, batterio ed essere umano. La riproduzione di queste informazioni è resa possibile dal fatto che i nucleotidi del DNA, le lettere A e T, G e C, combaciano perfettamente, come i pezzi di un puzzle abbinato. Gli ingegneri possono sfruttare l'abbinamento tra lunghi filamenti di nucleotidi di DNA per utilizzare il DNA come una sorta di origami molecolare, piegandolo in qualsiasi cosa, dalle faccine sorridenti in nanoscala ai dispositivi di somministrazione di farmaci.

Mercoledì 25 maggio, alle 20:00 al Beckman Auditorium, Paul Rothemund (BS ྚ), l'inventore della tecnica dell'origami del DNA, spiegherà come il suo gruppo e i suoi gruppi in tutto il mondo utilizzano gli origami del DNA in applicazioni che vanno dai potenziali trattamenti contro il cancro ai dispositivi per l'informatica. Rothemund è professore di bioingegneria, informatica e scienze matematiche, e sistemi di calcolo e neurali presso la Divisione di Ingegneria e Scienze Applicate al Caltech. L'ingresso è gratuito.

Cosa fai?

Uso DNA e RNA come materiali da costruzione per creare forme e modelli con una risoluzione di pochi nanometri. Le più piccole caratteristiche nelle strutture del DNA che realizziamo sono circa 20.000 volte più piccole dei pixel nei display dei computer più fantasiosi, che sono ciascuno di circa 80 micron di diametro. Gran parte del nostro lavoro negli ultimi 20 anni è stato solo capire come far piegare i filamenti di DNA o RNA nella forma desiderata progettata al computer. Man mano che abbiamo acquisito padronanza della capacità di creare qualsiasi forma o modello desideriamo, siamo passati all'utilizzo di queste forme come "pannelli forati" per disporre altri oggetti di dimensioni nanometriche, come enzimi proteici, transistor a nanotubi di carbonio e molecole fluorescenti.

Perché questo è importante?

Ogni attività del tuo corpo, dalla digestione del cibo allo spostamento dei muscoli al rilevamento della luce, è alimentata da minuscole macchine biologiche su scala nanometrica, tutte costruite dal "basso verso l'alto" tramite il ripiegamento automatico di molecole come proteine ​​e RNA. I miliardi di transistor che compongono i chip dei nostri telefoni cellulari e computer hanno una dimensione di decine di nanometri, ma sono costruiti in modo "top down" utilizzando fantasiosi processi di stampa in fabbriche da miliardi di dollari. Il nostro obiettivo è imparare a costruire dispositivi artificiali complessi nello stesso modo in cui la biologia costruisce quelli naturali, cioè a partire da molecole auto-ripieganti che si assemblano insieme in strutture più grandi e complesse. Oltre a dispositivi molto più economici, ciò consentirà applicazioni completamente nuove, come macchine molecolari create dall'uomo che possono prendere decisioni terapeutiche complesse e applicare farmaci solo dove necessario.

Come sei entrato in questo tipo di lavoro?

Come studente universitario al Caltech, ho avuto grandi difficoltà a cercare di decidere come combinare i miei diversi interessi in informatica, chimica e biologia. Fortunatamente, il compianto Jan L. A. van de Snepscheut ha introdotto la sua classe di informatica all'ipotetica idea di costruire una macchina DNA Turing e una macchina mdasha molto semplice che possa comunque eseguire ogni possibile programma per computer. Ci ha sfidato, suggerendo che qualcuno che conoscesse sia la biochimica che l'informatica potrebbe trovare un modo concreto per costruire un tale computer del DNA. Per un corso di teoria dell'informazione con Yaser Abu-Mostafa, un professore di ingegneria elettrica e informatica, ho trovato un modo piuttosto inefficiente, ma possibile, per farlo. All'epoca, non potevo interessare nessun professore della Caltech nella costruzione del mio computer per il DNA, ma poco dopo, il professore della USC Len Adleman ha pubblicato un articolo su un computer per il DNA più pratico in Scienza. Mi sono unito al laboratorio di Adleman alla USC come studente laureato e da allora ho cercato di usare il DNA per costruire computer o altri dispositivi complessi. Sono tornato al Caltech come postdoc nel 2001 e sono diventato professore di ricerca nel 2008.