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Ingeniería del Ácido Nucléico: DNA de la Ingeniería como Material Genético y Genérico

Profesor Dan Luo, Departamento de la Ingeniería Biológica y Ambiental, Universidad Cornell
Autor Correspondiente: dl79@cornell.edu

¿Por Qué DNA?

La DNA es un material verdaderamente asombroso. Biológico, es una molécula del almacenamiento de información que lleva los códigos genéticos para la regla del gen y la producción de la proteína. Es esencialmente de lo que se hace la vida. Mecánicamente, la DNA puede ser rígida o flexible, armoniosa por su composición y longitud. Físicamente, la DNA es el nanómetro muy pequeño solamente 2 de diámetro; con todo su longitud es adaptable con una resolución cerca de 0,34 nanómetros.

El Ácido Nucléico es una macromolécula integrada por los encadenamientos de nucleótidos monoméricos. En bioquímica estas moléculas llevan las estructuras genéticas de la información o del formulario dentro de las células. Los ácidos nucléicos mas comunes son el ácido desoxirribonucléico (DNA) y ácido ribonucleico (el ARN)

El ácido Desoxirribonucléico (DNA) es un ácido nucléico que contiene las instrucciones genéticas usadas en el revelado y el funcionamiento de todos los organismos vivos sabidos y de algunos virus.

El ácido Ribonucleico (ARN) es un tipo biológico importante de molécula que consista en una cadena larga de las unidades del nucleótido. El ARN es muy similar a la DNA, pero difiere en algunos detalles estructurales importantes.

Químicamente, la DNA es soluble en agua, estable (piense en momia), no tóxica (piense en el sushi), biocompatible y biodegradable. La DNA se puede obtener de una variedad de fuentes incluyendo células vivas y una máquina (e.g., un sintetizador de la DNA). La DNA puede también ser programada. Lo más únicamente posible, los millares de diversas enzimas se han desarrollado que se pueden emplear para manipular la DNA en la exactitud nivelada del angstrom.

Así, la DNA proporciona a una plataforma ideal como un bloque hueco de los materiales adicionales para la nanotecnología y la nanobiotecnología. Puesto Que el trabajo pionero del Profesor Nadrian Seeman y otros, DNA se ha utilizado en tan muchas maneras que está mirado no más como única biomolécula.

Ingeniería del Ácido Nucléico

El grupo de Profesor Dan Luo en Cornell se ha centrado en dirigir los ácidos nucléicos (DNA y ARN) como polímero verdadero para las aplicaciones del mundo real. Su trabajo tiene como objetivo el crear de la novela, materiales de la DNA de la bulto-escala en alto rendimiento y bajo costo y con el diseño simple que utiliza completo propiedades biológicas y no biológicas de las DNAS.

Usando la DNA ramificada (X-Dado forma, En Forma De Y, Etc.), el grupo de Luo ha construido nanobarcodes árbol-dados forma de la DNA (dendrimers-como la DNA, o DL-DNA), de la DNA, hidrogeles de la DNA, los liposomas de la DNA, y los nanoparticles DNA-ordenados. Recientemente, el grupo de Luo ha desarrollado un monómero DNA-basado, anisotrópico, ramificado, y reticulable (llamado “monómero de ABC”) como bloque hueco material del nanoscale universal.

Usando estos monómeros de la DNA ABC, el grupo de Luo inventó el proceso de la “polimerización meta-impulsada” donde los polímeros de la DNA se pueden sintetizar solamente en presencia de una DNA el patógeno. El proceso de la polimerización amplifica la señal dentro del polímero sí mismo, activando detectar molecular exacto y sensible. La tecnología tendrá aplicaciones amplias en diagnósticos así como en salida de la multi-droga.

Además, los nano-cables 1D, los 2.os superretículos, los supracrystals 3D, y las hojas libres de la capa monomolecular se han logrado con la suave-litografía pero con una talla de característica del nanómetro usando la DNA como organizador. Muy recientemente (en 2009), el grupo de Luo ha creado un gel de la DNA que puede producir una gran cantidad de proteínas sin ningunas células vivas (llamadas “gel el producir de proteína” o “P-Gel”). el P-Gel convierte con éxito el dogma central por dentro de una célula a una reacción química gel-basada en un tubo de ensayo. El cultivar de la Reproducción, de la transformación y de la célula se necesita no más para la producción de la proteína.

El grupo de Luo preve que el P-Gel se convertirá en una tecnología de la plataforma para producir así como dirigir las proteínas de manera eficaz y eficiente. Además, el grupo de Luo ha creado un gel “inolvidable” de la DNA. Estos ejemplos ilustran el hecho de que la DNA es una genética y un material genérico y que a través del Ácido Nucléico Dirigir uno puede crear los nuevos materiales vía la DNA con las propiedades nuevas y las aplicaciones del mundo real. Para más información, refiera por favor (en horma 5 años) a las publicaciones recientes del grupo de Luo.


Referencias

1. N. Parque, J.S. Kahn, E.J. Rice, M.R. Hartman, H. Funabashi, J. Xu, S.H. Um, D. Luo, producción sin células del P-Gel, Protocolos de la Naturaleza, 4, 1759-1770 de la proteína del Alto rendimiento (2009)
2. J.B. Lee, Y.H. Roh, S. Um, H. Funabashi, W. Cheng, J.J. Cha, P. Kiatwuthinon, D.A. Muller, D. Luo, nano-configuraciones Multifuncionales de los monómeros DNA-basados de ABC, Nanotecnología de la Naturaleza, 4, 430-436 (2009)
3. W. Cheng, M.J. Campolongo, J.J. Cha, S.J. Tan, C.C. Umbach, D.A. Muller, D. Luo, Hojas Libres Controladas por la DNA (Artículo), Materiales de la Naturaleza, 8, 519-525 del Superretículo del Nanoparticle (2009)
4. N. Parque, S.H. Um, H. Funabashi, J. Xu, D. Luo, una Proteína Sin Células Produciendo el Gel, (Artículo), Materiales de la Naturaleza, 8, 432-437 (2009)
5. W. Cheng, N. Park, M.T. Gualterio, M.R. Hartman, D. Luo, Nanopatterning Uno mismo-Ensambló Superretículos del Nanoparticle Moldeando la Nanotecnología de la Naturaleza de Microdroplets (Artículo de Tapa), 3, 682-690 (2008)
6. S. Um, J. Lee, N. Park, S. Kwon, C. Umbach, D. Luo, Enzima catalizó el ensamblaje de los hidrogeles de la DNA, Materiales 5, 797-801 de la Naturaleza (2006)
7. S. Um, J. Lee, S. Kwon, D. Luo, nanobarcodes de la DNA, Protocolos 1, 995-1000 de la Naturaleza (2006)
8. Y. Li, Y. Cu y D. Luo, nanobarcodes de la fluorescencia de la DNA para la detección multiplexada el patógeno, Biotecnología 23, 885-889 de la Naturaleza (2005)
9. Y. Li, Y.D. Tseng, S.Y. Kown, d'Espaux del L., J.S. Bunch, P.L McEuen y D. Luo. Ensamblaje Controlado dendrimer-como de la DNA. Materiales de la Naturaleza, 3, 38-42 (2004)

Derechos De Autor AZoNano.com, Profesor Dan Luo (Universidad Cornell)

Date Added: Dec 6, 2009 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 23:42

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