Les chercheurs peuvent construire des complexes, des structures à l'échelle nanométrique de presque toutes les formes et formes, en utilisant des brins d'ADN. Mais ces particules doivent être conçues à la main, dans un processus complexe et laborieux.

Cela a limité la technique, connu sous le nom d'origami ADN, à un petit groupe d'experts dans le domaine.

Maintenant, une équipe de chercheurs du MIT et d'ailleurs a développé un algorithme qui peut construire automatiquement ces nanoparticules d'ADN.

De cette façon, l'algorithme, qui est rapporté avec une nouvelle approche de synthèse dans la revue Science cette semaine, pourrait permettre à la technique d'être utilisée pour développer des nanoparticules pour une gamme d'applications beaucoup plus large, y compris les échafaudages pour les vaccins, supports pour outils d'édition de gènes, et dans le stockage de mémoire d'archives.

Contrairement à l'origami ADN traditionnel, dans laquelle la structure est construite manuellement à la main, l'algorithme commence par un simple, Représentation géométrique en 3D de la forme finale de l'objet, et décide ensuite comment il doit être assemblé à partir de l'ADN, selon Mark Bathe, professeur agrégé de génie biologique au MIT, qui a dirigé la recherche.

"L'article détourne le problème d'un problème dans lequel un expert conçoit l'ADN nécessaire pour synthétiser l'objet, à celui dans lequel l'objet lui-même est le point de départ, avec les séquences d'ADN nécessaires définies automatiquement par l'algorithme, " Dit Bathe. " Notre espoir est que cette automatisation élargisse considérablement la participation des autres à l'utilisation de ce puissant paradigme de conception moléculaire. "

L'algorithme représente d'abord l'objet comme un parfaitement lisse, contour continu de sa surface. Il divise ensuite la surface en une série de formes polygonales.

Prochain, il roule longtemps, simple brin d'ADN, appelé l'échafaud, qui agit comme un morceau de fil, dans toute la structure pour le maintenir ensemble.

L'algorithme tisse l'échafaudage en une seule étape rapide et efficace, qui peut être utilisé pour n'importe quelle forme d'objet 3D, dit Bathe.

"Cette [étape] est une partie puissante de l'algorithme, car il ne nécessite aucune interface manuelle ou humaine, et il est garanti de fonctionner très efficacement pour n'importe quel objet 3D, " il dit.

L'algorithme, qui est connu sous le nom de DAEDALUS (DNA Origami Sequence Design Algorithm for User-defined Structures) d'après l'artisan et artiste grec qui a conçu des labyrinthes qui ressemblent aux structures d'échafaudage complexes de l'origami, peut construire n'importe quel type de forme 3-D, pourvu qu'il ait une surface fermée. Cela peut inclure des formes avec un ou plusieurs trous, comme un tore.

En revanche, un algorithme précédent, publié l'année dernière dans la revue La nature , n'est capable que de concevoir et de construire les surfaces d'objets sphériques, et même alors nécessite encore une intervention manuelle.

La stratégie de l'équipe dans la conception et la synthèse des nanoparticules d'ADN a également été validée à l'aide de reconstructions en cryo-microscopie électronique en 3D par le collaborateur de Bathe, Wah Chiu au Baylor College of Medicine.

Les chercheurs étudient maintenant un certain nombre d'applications pour les nanoparticules d'ADN construites par l'algorithme DAEDALUS. Une de ces applications est un échafaudage pour les peptides et protéines viraux à utiliser comme vaccins.

La surface des nanoparticules pourrait être conçue avec n'importe quelle combinaison de peptides et de protéines, situé à n'importe quel endroit désiré sur la structure, afin d'imiter la façon dont un virus apparaît au système immunitaire du corps.

Les chercheurs ont démontré que les nanoparticules d'ADN sont stables plus de six heures dans le sérum, et tentent maintenant d'accroître encore leur stabilité.

Les nanoparticules pourraient également être utilisées pour encapsuler l'outil d'édition de gènes CRISPR-Cas9. L'outil CRISPR-Cas9 a un potentiel énorme en thérapeutique, grâce à sa capacité à éditer les gènes ciblés. Cependant, il existe un besoin important de développer des techniques pour emballer l'outil et le livrer à des cellules spécifiques dans le corps, dit Bathe.

Cela se fait actuellement à l'aide de virus, mais ceux-ci sont limités dans la taille du colis qu'ils peuvent transporter, restreindre leur utilisation. Les nanoparticules d'ADN, en revanche, sont capables de transporter des paquets de gènes beaucoup plus gros et peuvent facilement être équipés de molécules qui aident à cibler les bonnes cellules ou le bon tissu.

L'équipe étudie également l'utilisation des nanoparticules comme blocs de mémoire d'ADN. Des recherches antérieures ont montré que l'information peut être stockée dans l'ADN, de la même manière que les 0 et les 1 utilisés pour stocker des données numériquement. Les informations à stocker sont "écrites" à l'aide de la synthèse d'ADN et peuvent ensuite être relues à l'aide de la technologie de séquençage de l'ADN.

L'utilisation des nanoparticules d'ADN permettrait de stocker ces informations de manière structurée et protégée, avec chaque particule s'apparentant à une page ou un chapitre d'un livre. Se souvenir d'un chapitre ou d'un livre particulier serait alors aussi simple que de lire l'identité de cette nanoparticule, un peu comme utiliser des fiches de bibliothèque, dit Bathe.

L'aspect le plus passionnant du travail, cependant, est qu'il devrait élargir considérablement la participation à l'application de cette technologie, Baigne dit, un peu comme l'impression 3D l'a fait pour des modèles géométriques 3D complexes à l'échelle macroscopique.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.