Оригами, японское искусство оригами, получает свою элегантность и красоту от манипуляции единственного листка бумаги, чтобы сделать сложную форму. Метод оригами РНК, описанный в новом исследовании аналогично, включает сворачивание единственного берега РНК, но вместо экспериментаторов, делающих сворачивание, молекулы складываются самостоятельно.
«Что уникально о методе, то, что складной рецепт закодирован в саму молекулу через ее последовательность». объясняет Коди Гири, постдокторский ученый в области структуры РНК и дизайна в Орхусском университете. «Последовательность РНК определяет и заключительную форму и также ряд движений, которые перестраивают структуры, поскольку они сворачиваются».«Проблема проектирования РНК, которые складываются самостоятельно, особенно трудная, так как молекулы могут легко быть запутаны во время процесса сворачивания.
Таким образом, чтобы проектировать их, Вы действительно должны вообразить способ, которым молекулы должны крутить и согнуться, чтобы получить их заключительную форму». Гири говорит.Исследователи использовали 3D модели и программное обеспечение, чтобы проектировать каждое оригами РНК, которое было тогда закодировано как синтетический ген ДНК.
Как только ген ДНК был произведен, просто добавив, что полимераза РНК фермента привела к автоматическому формированию оригами РНК.Чтобы наблюдать молекулы РНК, исследователи использовали атомный микроскоп силы, тип просмотра микроскопа, который мягко касается молекул вместо того, чтобы смотреть на них непосредственно. Микроскоп в состоянии изменить масштаб изображения в в тысячу раз меньшем, чем возможно с обычным оптическим микроскопом.
Исследователи продемонстрировали свой метод, свернув структуры РНК, которые формируют сотовидные формы, но много других форм должны быть осуществимыми.«Мы проектировали молекулы РНК, чтобы свернуться в сотовидные образцы, потому что их легко признать в микроскопе. В одном эксперименте мы поймали полимеразы в процессе создания РНК, которые собираются в соты, и они действительно похожи на медоносных пчел в действии». Geary продолжается.
Метод для того, чтобы сделать формы оригами из ДНК был вокруг в течение почти десятилетия и с тех пор создал много приложений для молекулярных лесов. Однако у РНК есть некоторые важные преимущества перед ее химической ДНК кузена, которые делают ее привлекательной альтернативой:Пол Розэманд, преподаватель исследования в Калифорнийском технологическом институте и изобретатель метода оригами ДНК, является также автором на новой работе оригами РНК. «Части для оригами ДНК не могут легко быть написаны в геном организма. Оригами РНК, с другой стороны, может быть представлено как ген ДНК, который в клетках расшифрован в РНК машиной белка под названием полимераза РНК». объясняет Розэманд.
Rothemund далее добавляет, «Выплата – то, что в отличие от оригами ДНК, которые являются дорогими и должны быть сделаны за пределами клеток, оригами РНК должно быть в состоянии быть выращенным дешево в больших количествах, просто выращивая бактерии с генами для них. Гены и стоимость бактерий по существу ничто, чтобы разделить, и таким образом, оригами РНК будет легко обменено между учеными».Исследование было выполнено в лабораториях в Орхусском университете в Дании и Калифорнийском технологическом институте в Пасадене.
Эбб Андерсен, доцент в Орхусском университете, который работает над развитием молекулярных биодатчиков, ведет разработку проекта.«Все молекулы и структуры, которые формируются в живых клетках, являются продуктами самосборки, но мы все еще знаем очень мало о том, как самосборка на самом деле работает. Проектируя и проверяя самособирающиеся формы РНК, мы начали проливать некоторый свет на основные принципы самосборки». говорит Андерсен.«Основное заявление на эти молекулярные формы состоит в том, чтобы построить леса для подготовки других микроскопических компонентов, таких как белки, в группы, которые позволяют им сотрудничать.
Например, используя леса в качестве фонда, чтобы построить микроскопическую химическую фабрику, на которой продукты переданы от одного фермента белка до следующего». Андерсен объясняет.Как РНК сворачиваются?
Молекулы РНК – берега, которые состоят из A, U, C и нуклеотидов G. Единственный берег РНК может отложить на себе, формируя пары оснований, взаимодействия между отдельными нуклеотидами на берегу. Самые сильные пары оснований в РНК – G-C, A-U и G-U, но много других пар оснований могут сформироваться в РНК также.
В отличие от этого, ДНК только пары G-C и A-T, за гораздо меньшим количеством исключений. В результате РНК имеет большую funtional способность по сравнению с ДНК, но также более трудная спроектировать из-за большей сложности.
В биологии РНК служит большому разнообразию совсем других ролей, но главным образом известна его центральной ролью в производстве белков. Чтобы выполнить эти функции, РНК складывается на себе и формирует сложные функциональные формы. Изучая архитектуру молекул РНК от природы, ученый определил 3D модули, которые определены образцы A, U, C и Gs.
Ученые, работающие с РНК, показали, что эти модули могут использоваться как кирпичи Lego.Как проектировать оригами РНК?Дизайн оригами РНК сделан с помощью со стороны компьютерных алгоритмов. Проектировщик объединяет РНК helices, и другие 3D модули, чтобы сформировать тот связали берег, используя 3D окружающую среду моделирования.
Таким образом берегу уже определили ряд образцов последовательности, потому что 3D модули ограничивают последовательность. Затем, берег питается компьютерную программу, которая предлагает, чтобы остающийся A, U, C и Gs назначили на остальную часть структуры, такой, что у каждой части структуры есть уникальный образец, который совпадает. Программа выбирает последовательность из очень большого пространства решений, проверяя много случайных последовательностей и затем оценивая и сравнивая энергии пар оснований от каждого входа.
После того, как целевая последовательность разработана для желаемой РНК, она может тогда быть закодирована в нить ДНК компанией, специализирующейся на синтезе ДНК. В то время как цена генного синтеза продолжает уменьшаться, это позволяет большим и более сложным проектам РНК быть проверенными. Гены ДНК для кодирования структур РНК могут быть экономически выгодными, с тех пор как только ДНК для дизайна синтезируется, это может много раз копироваться в лаборатории и даже разделяться среди исследователей. Когда ферменты полимеразы добавлены к генам ДНК, каждая копия ДНК может использоваться, чтобы произвести тысячи закодированных структур РНК.
Фактические данные РНКРНК – нуклеиновая кислота, состоявшая из A, U, C и нуклеотидов G. В то время как основа РНК, соединяющаяся главным образом, присоединяется к U и C с G, РНК в состоянии сформировать много дополнительных соединяющих основу возможностей.
Подобным образом к ДНК, РНК может сформировать двойной helices. Однако helices РНК немного по-другому сформированы от ДНК.Незначительные химические различия между РНК и ДНК позволяют РНК иметь большее структурное разнообразие и функциональность по сравнению с ДНК.
РНК – один из самых важных полимеров клетки из-за ее центральной роли в переводе (кодирующий для белков), но также и потому что РНК – молекула что катализы производство белков (рибосома). Кроме того, РНК выполняет много функций, которые регулируют экспрессию гена, способно к соединению ее собственных сигналов и складывается в большое разнообразие клеточных наномашин.Структура РНК может быть запрограммирована через ее последовательность нуклеотидов, которая определяет, который разделяют на пары основания.
Но кроме того у РНК есть мотивы, которые соответствуют 3D формам, где мотивы – определенные образцы нуклеотидов.РНК basepairing может сформироваться по-другому по сравнению с ДНК, потому что они складываются, в то время как они производятся ферментом полимеразы.
В этом случае, потому что основания, доступные для соединения, постепенно производятся полимеразой, получающаяся структура зависит от темпа синтеза.Много компьютерных алгоритмов существуют, чтобы помочь дизайну сгибов РНК.
Однако никакой метод все же не существует для того, чтобы точно предсказать процесс сворачивания для РНК данной последовательности.