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기능적인 중합체로 DNA

교수에 의하여 Juewen Liu

조교수, 화학, 워털루 의 200의 대학 도로, 워털루, 온다리오, 캐나다의 대학의 부, Juewen Liu 교수
대응 저자: liujw@uwaterloo.ca

60 년 전에, 현대 분자 생물학의 출생 초래하는 DNA 이중 나사선의 고명한 구조물은 해결되었습니다. 그 이후로, DNA는 유전 물질로 광대하게 공부되었습니다. 1970 년대에서는, 단단하 단계 DNA 종합은 발명되, 임의 oligonucleotide 순서를 장악하는 것을 1개가 허용하. 1986년에, 중합 효소 연쇄 반응의 발명품은 (PCR) DNA 사본의 무한한 수가 단 하나 분자 조차에서 증폭되는 것을 허용했습니다. DNA의 새로운 기능을 탐구하게 가능하게 한 이러한 두 종류 기술입니다.

DNA에는 간단한 기본적인 한 쌍이 되는 규칙에 기지를 둔 디자인될 수 있는 높게 풀그릴 구조물이 있습니다. 예를 들면, 구조상 DNA 나노 과학에게 불린 필드는 많은 간행한 정교한 제 2 및 3D nanostructures에 의해 명시된 급속한 발달을 경험했습니다. [1] 이 구조물에, 각종 nanoparticles는 그밖 기능을 제안하기 위하여 예금되었습니다. 또 다른 흥미로운 전진은 촉매 (촉매 DNA)로 그리고 분자 승인 (aptamer)를 위해 DNA의 발견이어, DNA에게 단백질을 위한 기능적인 대용품을 하. 단백질에 비교해, DNA는 매우 안정되어 있고, 기능적인 nano 및 생체 적합 물질 구성에 있는 사이트 특정에게 레테르를 붙이를, 각종 물자에 활용을 위해 더 쉬운, DNA를 선택의 분자로 대중화하 실행하게 쉽.

Nanomaterials

Nanomaterials는 유일한 규모 및 거리 의존하는 유형 자산을 소유하기 때문에 매력적입니다. 입자 크기가 잘 통제되는 직행 화학 종합인 수 있는 동안, 이하 nm 정밀도를 가진 간 입자 거리의 통제 및 입자의 다른 모형의 편성부대는 어렵게 남아 있었습니다. DNA는 이 문제 해결 유일한 해결책을 제공합니다. 다른 한편으로는, DNA와 DNA aptamers의 분자 승인 속성은 이 nanomaterials가 biosensing 및 생물 의학 응용을 위해 이용되는 것을 허용합니다. [2,3] 나의 실험실은 DNA와 각종 nanomaterials 사이 생물 물리학 더 나은 바이오 센서, 생체 적합 물질 및 약 전달계의 디자인을 인도하기 위하여 공용영역 탐구에 흥미있습니다.

기본적인 이해

~50 nm의 지속적인 길이 안에, 두 배 좌초된 DNA는 다만 2 nm의 직경을 가진 경직되어 있는 로드로 고려될 수 있습니다. 각 추가 기본적인 쌍은 0.34 nm의 길이 증가에 기여합니다. 그러므로, 거리의 이하 nm 통제는 DNA를 사용하여 달성될 수 있습니다. 부착 화학의 다양한 범위의 가용성으로, DNA는 거의 모든 알려진 nanomaterials에 연결될 수 있습니다. 우리는 금 nanoparticles, 리포솜, 자석 nanoparticles, 양 점 및 DNA를 사용하여 링커로 graphene를 포함하여 각종 nanomaterials의 거리 의존하는 속성, 공부에 흥미있습니다. 예를 들면, 숫자 1A는 빨간에서 자주색에 연속적인 군기 변경을 가진 링커 DNA를 사용하여 DNA functionalized 금 nanoparticles의 집합을 보여줍니다. [4] 동일 아이디어는 연약한 리포솜 nanoparticles (숫자 1B)의 집합, [5] 뿐 아니라 금 리포솜 잡종 (숫자 1C)에 적용될 수 있습니다. [6] 간 입자 거리는 DNA 순서를 바꾸어서 정확하게 통제될 수 있습니다. 이 시스템을 공부하는 것은 입자 중 물리적인 사건의 DNA 표면 상호 작용 뿐 아니라 연결로 통찰력을 제공할 수 있습니다.

금 nanoparticles (a), 리포솜 (b), 및 그들의 잡종 (c)의 DNA 지시된 집합의 숫자 1. 개략도.
(d) (c)에서 보이는 구조물의 담당자 TEM 현미경 사진.

환경 감시

간단한 구조상 분자 저쪽에, DNA는 높은 특이성을 가진 이온, 분자 및 세포 조차의 광범위를 인식할 수 있습니다. 높게 유독한 수은 검출의 경우에, thymine 부유한 DNA는 이용됩니다. 숫자 2에서 보이는 것처럼, 이 DNA는 DNA 바인딩의 추가에 염료가 SYBR 녹색 I (SG)를 부른 수은 바인딩에 동곳으로, 녹색 형광 장악됩니다 접힐 수 있습니다. 히드로겔 시트에 DNA를 검출하는 수은을 고정시키는 것에는 다수 이점이 있습니다. 젤은 센서 건조와 재생을 허용합니다. 더 중요하게, 젤은 액티브하게 젤 내의 그것의 사격량을 증가하는 수은을 흡착시킬 수 있습니다. 동원정지를 통해, 우리는 어떤 분석적인 계기든지의 사용 없이 수은의 높게 선택 적이고 및 과민한 탐지를 달성했습니다. [7,8]

숫자 2. 수은 탐지를 위한 히드로겔 시트에 고정되는 DNA 기지를 둔 바이오 센서 곳에
SG는 DNA에 있는 두 배 좌초된 지구에 연결에 높게 형광성에 됩니다.

생물 의학 진단

중금속 이온의 승인은 그렇다 하고, aptamers는 단백질과 대사 산물과 같은 그밖 분자를 묶기 위하여 선정될 수 있습니다. 이 aptamer 선택 방법은 대사 산물을 묶는 순서만 유지되는 무작위 DNA 분자의 거대한 도서관에서 시작합니다. 숫자 3에서는, ATP에 묶을 수 있는 순서는 보입니다. [9] 이 aptamer가 순수한 버퍼에서 ATP를 효과적으로 검출하는 수 있는 동안, 그것의 성과는 혈청의 존재에 의해 강하게 충돌됩니다. 혈액 샘플을 위해, 아주 작은 견본 양에 있는 탐지를 달성하는 것이 중요합니다. 우리는 자석 microparticle, 그것에 aptamer 기지를 둔 센서를 붙여서 (MMP) 그것을 인혈 혈청의 다만 10 mL에 있는 탐지를 달성하기 위하여 가능합니다 찾아냈습니다. MMP 때문에, 우리는 형광 신호 감지 단계에서 ATP 의무적인 단계를 분리할 수 있어, 혈청의 효력을 묽게 하는 것을 저희가 허용하. [10]

위에 ATP 의무적인 aptamer 및 그것의 동원정지의 숫자 3. 순서
MMP 인혈 혈청에 있는 효과적인 ATP 탐지 허용.

약 납품 응용

동일 DNA 선택 방법은 또한 암세포를 표적으로 하기 위하여 이용될 수 있습니다. [11] 많은 DNA aptamers는 이미 많은 다른 종양 세포 선을 표적으로 하기 위하여 고립되었습니다. 예를 들면, 구아닌 부유한 순서는 임상 시험을 입력했습니다. 약 선적과 화상 진찰을 위한 nanomaterials를 이용해서, DNA functionalized 생체 적합 물질은 정교한 기능이 표적으로 한 납품 및 진단을 포함하여 실현되는 것을 허용할 수 있습니다.

요약하자면, DNA는 구조상기도 하고 기능적인 속성을 가진 아주 다재다능한 분자입니다. 각종 nano 및 생체 적합 물질을 가진 조화시키는 DNA는 중요하게 각종 응용에 있는 이 DNA 분자의 성과를 향상할 수 있습니다. 동시에, DNA의 구조상 속성은 높은 정밀도를 가진 nanomaterials의 정확한 집합을 허용해, 각종 응용의 추가 발달에 연료를 공급할 수 있는 기본적인 생물 물리학 이해를 허용하.

참고

  1. Seeman NC. 물자 세계에 있는 DNA. 성격 2003년; 421: 427-31.
  2. Storhoff JJ 의 Mirkin DNA를 가진 CA.에 의하여 프로그램되는 물자 종합. Chem. 목사 1999년; 99: 1849-62년.
  3. Liu J, Cao Z 의 Lu Y. Functional 핵산 센서. Chem. 목사 2009년; 109: 1948-98년.
  4. 스미스 BD, 알콜 용매에 있는 DNA Functionalized Nanoparticles의 Liu J. Assembly는 DNA 교잡을 위한 열역학과 활동적인 동향 반대 위치에 제시합니다. J. AM. Chem. Soc. 2010년; 132: 6300-1.
  5. Dave N, DNA에 의하여 DNA Functionalized 리포솜의 Liu J. Programmable Assembly. Acs Nano 2011년; 5: 1304-12년.
  6. Dave N, Liu J. Protection 및 금 Nanoparticles를 가진 DNA 지시된 회의를 통해 UV 방사선 유도 리포솜 누설의 승진. 전진. Mater. 2011년; 압박에서.
  7. Dave N, Huang P-JJ, 스미스 BD 나 의 Chan Ultrasensitive, 계기 자유로운 수성을 위한 Liu J. Regenerable DNA Functionalized 히드로겔 시트 (II) 근해에 있는 탐지 그리고 제거. J. AM. Chem. Soc. 2010년; 132: 12668-73.
  8. 조셉 KA, Dave N 의 매우 민감한 Hg2+ 탐지를 위한 DNA Functionalized 모놀리식 히드로겔 시트의 Liu J. Electrostatically Directed 시각적인 형광 반응. ACS Appl. Mater. 간. 2011년; 3: 733-9.
  9. Huizenga DE, Szostak JW. 아데노신과 ATP를 묶는 DNA Aptamer. 생화학 1995년; 34: 656-65.
  10. Huang PJJ, Liu JW. 교류는 Aptamer 고정된 센서를 가진 혈청에 있는 아데노신의 탐지를 Cytometry 지원했습니다. 항문. Chem. 2010년; 82: 4020-6.
  11. 독아 XH, Tan WH. Aptamers는 분자 약을 위한 세포 SELEX에서 생성했습니다: 화학 생물학 접근. Acc. Chem. Res. 2010년; 43: 48-57.

Date Added: May 12, 2011 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 07:05

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