나노기술 및 정책 정보

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애리조나 주립대학교(Arizona State University)와 중국 SJTU 국제공동연구팀이 광전자 공학(정보 저장 및 암호화 포함) 및 합성 생물학 분야를 개척할 새로운 유형의 메타 DNA 구조를 창안하여 발표함. 실제로 메타 –DNA 자가조립 개념은 구조 DNA 나노기술의 미시 세계를 완전히 바꿀 수 있음. Watson-Crick 염기 페어링의 예측 가능한 특성과 DNA의 구조적 특징으로 인해 DNA가 정교한 나노스케일 구조 및 장치를 엔지니어링하기 위한 다목적 빌딩 블록으로 사용될 수 있다는 것은 상식임.

DNA 기술의 이정표는 확실히 DNA 종이접기의 발명이었음. 여기서 긴 단일 가닥 DNA (ssDNA)는 수백 개의 짧은 DNA 스테이플 가닥의 도움을 받아 지정된 모양으로 접힘. 그러나 최근까지 DNA 종이접기를 사용하여 더 큰 (마이크론에서 밀리미터) 크기의 DNA 구조를 조립하는 것은 어려웠음. 새로운 미크론 크기의 구조는 원래의 DNA 나노 구조보다 1000 배 더 큰 사람의 머리카락 굵기 정도임. 우아한 DNA 종이접기 나노 구조로 2011 년 Science Magazine의 표지를 장식 한 이후로 연구팀은 자연의 영감을 활용하여 복잡한 인간 문제를 해결하기 위해 끊임없이 노력하고 있음. 현재의 연구에서 연구팀은 다용도의 “메타-DNA” 전략을 사용하고 있음. 이것은 다양한 서브 마이크로 미터에서 마이크로 미터 크기의 DNA 구조가 간단한 짧은 DNA 가닥이 나노스케일 수준에서 자가조립하는 것과 유사한 방법으로 조립할 수 있도록 해줌. 연구팀은 서브 마이크로 미터 규모 (meta-DNA)의 6-helix bundle DNA 종이접기 나노구조가 단일 가닥 DNA (ssDNA)의 확대 유사체로 사용될 수 있으며 상보적인 "메타-base pairs“를 포함하는 2 개의 메타 –DNA는 이중 나선을 만들 수 있음. 메타-DNA 빌딩블록을 사용하여 메타-다중 팔 접합부, 3-D 다면체 및 다양한 2-D/3-D 격자를 포함한 일련의 서브 마이크로 미터에서 마이크로 미터 규모의 DNA 아키텍처를 구축했음. 그들은 또한 DNA의 동적 특징을 메타-DNA로 전달하기 위해 메타-DNA에 대한 계층적 가닥 치환반응을 입증했음. 그들은 DNA의 간략한 계산 모델을 사용하여 이중 가닥 M-DNA 구조를 시뮬레이션하고 얻은 왼손잡이 및 오른 손잡이 구조의 다양한 수율을 이해할 수 있었음. 또한 개별 M-DNA의 국부적 유연성과 상호작용을 변경함으로써 다양한 기하학적 모양을 사용하여 1D에서 3D까지 일련의 서브 마이크로 미터 또는 마이크론 규모의 DNA 구조를 구축 할 수 있었습니다. 예로써 메타 접합, 메타 이중 교차 타일 (M-DX), 사면체, 팔면체, 프리즘 및 6 가지 유형의 밀집 격자 등.

미래에는 M-DNA를 사용하여보다 복잡한 회로, 분자 모터 및 나노 장치를 합리적으로 설계하고 바이오 센싱 및 분자 계산과 관련된 응용 프로그램에 사용할 수 있을 것임. 연구팀은 이 M-DNA 전략의 도입이 DNA 나노기술을 나노 미터에서 미세한 규모로 변화시킬 것이라고 예상함. 이것은 많은 새로운 응용을 가능하게 할 서브 마이크로 미터 및 미크론 규모의 복잡한 정적 및 동적 구조를 생성하게 될 것임.

본 연구 성과는 ‘Nature Chemistry’ (“Meta-DNA structures”) 지에 게재됨