私たちは、DNA が生命の遺伝的設計図であることを知っています。 DNA は化学的に合成され、ナノスケールの構造やデバイスの構築に使用されます。 DNA ベースのナノデバイスは、他の分子、pH、温度、イオン条件などの手がかりに応答でき、バイオセンサーとしても使用できます。
一部の DNA ナノデバイスは、発生した分子イベントを視覚的に出力するように設計されています。たとえば、科学者はこれまで原子間力顕微鏡 (AFM) を使用して、一塩基多型 (異常を引き起こす DNA 配列の変化) をアルファベット文字として表示し、ナノスケールのデジタル ディスプレイに表示される乗算などの単純な計算を計算しました。私の最近の研究では、形状が変化する DNA ナノ構造を使用して、特定の入力 DNA 鎖を認識して反応させ、結果の出力をゲル電気泳動を使用してグラフィカルに表示します。
この研究で使用される DNA ナノスイッチには 2 つの状態があります。 「オフ」状態は、短い相補的なバックボーン オリゴヌクレオチドにハイブリダイズした長い一本鎖 (約 7 キロベース) によって形成される線形二重鎖です。バックボーン オリゴヌクレオチドの 2 つを変更して、別の DNA 鎖 (入力データ鎖) に部分的に相補的な一本鎖伸長を含めることができます。入力鎖がナノスイッチに結合すると、ゲル上で簡単に識別できるループ状の「オン」状態が作成されます (図を参照)。
DNA ナノスイッチはプログラム可能です。アドレス サイトは、足場に沿ってどこにでも挿入できるため、ループ サイズが異なります (ゲル上の異なる位置に移動します)。複数のアドレス サイトを持つナノスイッチを使用して、英数字を保存および表示する「DNA ピクセル」を作成します。保存された情報の読み出しは、一連のビットが特定のパターン (数字や文字など) を表示するデジタル表示回路に着想を得ています。このマルチ入力 ナノスイッチは、異なる入力分子を認識できます。これらの入力 DNA 鎖は、アドレス サイトのペアに相補的です (つまり、結合できます) (図を参照)。これらの入力 DNA 鎖の追加は、特定のサイズのループをトリガーし、その結果、ゲル上に異なるバンドが生じます。
ここで、ゲルを 5 × 5 の読み取りマトリックスを備えたセグメント化されたディスプレイ ボードとして想像してください。各ループ バンドは、マトリックス上の「ピクセル」を提供します。例として、特定の入力ストランドを使用して、3 つのアルファベット文字「r」、「N」、および「A」をトリガーして表示しました (下の図を参照)。これは、DNA 折り紙プレートで作られた最近のモナリザのようなピクセル化された画像表示ではありませんが、このシステムの主な用途は、分子反応の単純なデジタル出力にあります。
以前に、このシステムを使用して「Hello, world」という単語をエンコードし、tohold を介した鎖置換 (完全に相補的な DNA 鎖を使用して入力鎖が除去される) を使用してそれを消去し、「さようなら」を書き直しました。同じシステム。異なるアドレス ストランド ペアを持つこのようなナノスイッチのライブラリは、ポイント オブ ケア バイオセンサーと DNA バーコードの未来になる可能性があります。
これらの調査結果は、ジャーナル ChemBioChem で最近公開された、分子シグナルのグラフィカルな読み出しのための再構成可能な DNA ナノスイッチというタイトルの記事に記載されています。この記事で説明されている元の研究は、Confer Health, Inc. の Arun Richard Chandrasekaran によって実施されました。
