Um gel dinâmica feitos de DNA que mecanicamente responde a estímulos de forma muito mesmo que as células não foi criado por cientistas da UC Santa Barbara Omar Saleh e Fygenson Deborah criou. Seu gel do ADN, em apenas 10 mícrons de largura, é aproximadamente o tamanho de uma célula eucariótica, o tipo de célula, de que os seres humanos são feitas. O gel contém dentro de si minúsculo nanotubos de DNA rígidas ligadas entre si por mais tempo, cadeias de ADN flexíveis que servem como substrato para motores moleculares. O projeto tem aplicações potenciais em materiais inteligentes, músculo artificial, a compreensão da mecânica do citoesqueleto, a investigação sobre a física de não equilíbrio e nanotecnologia de DNA.
"O gel tem ativos capacidades mecânicas em que gera forças de forma independente, levando a mudanças na elasticidade ou de forma, quando as moléculas alimentados ATP para a energia - bem como uma célula viva", disse Saleh, professor associado de materiais, afiliado com a Ciência da UCSB Biomolecular e programa de engenharia.
"DNA dá-lhe o controle do projeto muito mais", disse Fygenson, professor associado de física e também afiliado com programa BMSE UCSB. "Este sistema é excitante porque nós podemos construir filamentos em nanoescala para especificações." Usando projeto DNA, ela disse, eles podem controlar a rigidez dos nanotubos e da forma e extensão da sua ligação cruzada, que irá determinar como o gel responde a estímulos .
Utilizando uma proteína motor bacteriana chamada FtsK50C, os cientistas podem fazer com que o gel para reagir da mesma forma citoesqueletos reagir a proteína miosina motor - por contratação e proteína se liga a superfícies stiffening.The predeterminadas sobre os filamentos longos que ligam, e-os em carretéis, encurtando-os e trazendo os nanotubos mais duras aproximar. Para determinar o movimento do gel, os cientistas ligado um pequeno rebordo na sua superfície e a sua posição de medida antes e depois da activação da proteína com motor.
Este gel "quantitativamente mostra semelhantes flutuações ativos e mecânica para cells.This novo material poderia fornecer um meio para testar a mecânica controlada gel ativos de uma forma que vai nos dizer mais sobre como funciona o citoesqueleto", disse Saleh. Como uma célula, o que consome o trifosfato de adenosina (ATP) para a energia, o movimento do gel do ADN é executado em ATP, permitindo mais rápidos, mais fortes do que outros mecanismos inteligentes géis à base de polímeros sintéticos.
"O desenvolvimento de géis ativos representa um evento divisor de águas para a comunidade mais ampla de materiais", comentou Craig Hawker, diretor do Laboratório de Investigação de Materiais da UCSB: um MRSEC NSF, que forneceu o capital inicial para suas pesquisas. "Ao explorar blocos de construção celular, oferece parâmetros de desenho únicas quando comparada com os sistemas existentes de gel que podem ser usadas numa grande variedade de aplicações biomédicas estabelecidos, bem como aplicações totalmente novas."
Tendo criado um gel que pode replicar contrações, Saleh e Fygenson estão olhando agora para refinar sua técnica e permitir movimentos distintos, como a torção e rastejando, ou usando outras proteínas motoras que permitam o gel para imitar comportamentos de outras células, como forma de deslocamento e divisão.
"Biologia oferece uma ampla gama de motores que apenas começamos a explorar", disse Saleh.
A imagem na parte superior da página mostra gel de ADN composta de nanotubos de DNA rígidas ligadas entre si por meio de ligadores de ADN longas, flexíveis. Uma proteína motor, FtsK50C, liga-se a locais especiais sobre os ligantes. Quando o ATP, um combustível bioquímicos, é permitida a permear o gel, as moléculas de motor de cilindro nos ligantes ao qual eles estão ligados, os nanotubos desenho junto, e endurecendo o gel.
Para mais informações: Olivier JN Bertrand, Deborah Kuchnir Fygenson, e Omar A. Saleh, Active, motorizadas mecânica em um gel de DNA, PNAS, 2012, DOI: 10.1073/pnas.1208732109
O Galaxy Diário via UC Santa Barbara
Crédito da imagem: Peter Allen / UCSB
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