Dans une technique connue sous le nom d’origami à ADN, les chercheurs plient de longs brins d’ADN encore et encore pour construire une variété de minuscules structures 3D, y compris des biocapteurs miniatures et des conteneurs d’administration de médicaments. Lancé au California Institute of Technology en 2006, l’origami à ADN a attiré des centaines de nouveaux chercheurs au cours de la dernière décennie, désireux de construire des récipients et des capteurs capables de détecter et de traiter les maladies dans le corps humain, d’évaluer l’impact environnemental des polluants et d’aider à une foule d’autres applications biologiques.
Bien que les principes de l’origami à ADN soient simples, les outils et méthodes de la technique pour concevoir de nouvelles structures ne sont pas toujours faciles à comprendre et n’ont pas été bien documentés. De plus, les scientifiques novices dans la méthode n’ont pas eu de référence unique vers laquelle se tourner pour trouver le moyen le plus efficace de construire des structures ADN et comment éviter les pièges qui pourraient gaspiller des mois, voire des années de recherche.
C’est pourquoi Jacob Majikes et Alex Liddle, chercheurs de l’Institut national des normes et de la technologie (NIST) qui étudient l’origami à ADN depuis des années, ont compilé le premier tutoriel détaillé sur la technique. Leur rapport complet fournit un guide étape par étape pour concevoir des nanostructures d’origami à ADN, à l’aide d’outils de pointe. Majikes et Liddle ont décrit leur travail dans le numéro du 8 janvier Journal de recherche de l’Institut national des normes et de la technologie.
Nous voulions prendre tous les outils que les gens ont développés et les mettre tous au même endroit, et expliquer des choses que vous ne pouvez pas dire dans un article de journal traditionnel. Les articles de revue peuvent vous dire tout ce que tout le monde a fait, mais ils ne vous disent pas comment les gens l’ont fait. «
Jacob Majikes, chercheur, Institut national des normes et de la technologie (NIST)
L’origami d’ADN repose sur la capacité des paires de bases complémentaires de la molécule d’ADN à se lier les unes aux autres. Parmi les quatre bases de l’ADN – adénine (A), cytosine (C), guanine (G) et thymine (T) – A se lie avec T et G avec C. Cela signifie qu’une séquence spécifique de As, Ts, Cs et Gs trouvera et se liera à son complément.
La liaison permet à de courts brins d’ADN d’agir comme des «agrafes», en maintenant des sections de longs brins pliés ou en joignant des brins séparés. Une conception d’origami typique peut nécessiter 250 agrafes. De cette manière, l’ADN peut s’auto-assembler en une variété de formes, formant un cadre nanométrique auquel un assortiment de nanoparticules – dont beaucoup sont utiles dans le traitement médical, la recherche biologique et la surveillance environnementale – peut se fixer.
Les défis liés à l’utilisation de l’origami à ADN sont doubles, a déclaré Majikes. Premièrement, les chercheurs fabriquent des structures 3D en utilisant une langue étrangère – les paires de bases A, G, T et C. En outre, ils utilisent ces agrafes de paires de bases pour tordre et détordre la double hélice familière des molécules d’ADN afin que le les brins se plient dans des formes spécifiques. Cela peut être difficile à concevoir et à visualiser. Majikes et Liddle exhortent les chercheurs à renforcer leur intuition de conception en construisant des maquettes 3D, telles que des sculptures faites avec des aimants en barre, avant de commencer la fabrication. Ces modèles, qui peuvent révéler quels aspects du processus de pliage sont critiques et lesquels sont moins importants, doivent ensuite être «aplatis» en 2D pour être compatibles avec les outils de conception assistée par ordinateur pour l’origami à ADN, qui utilisent généralement des représentations bidimensionnelles.
Le pliage de l’ADN peut être accompli de diverses manières, certaines moins efficaces que d’autres, a noté Majikes. Certaines stratégies, en fait, peuvent être vouées à l’échec.
« Soulignant des choses comme » Vous pourriez faire cela, mais ce n’est pas une bonne idée « – ce type de perspective n’est pas dans un article de journal traditionnel, mais parce que le NIST se concentre sur l’état de la technologie dans le pays, nous » re capable de publier ce travail dans le journal du NIST », a déclaré Majikes. « Je ne pense pas qu’il y ait nulle part ailleurs qui nous aurait donné la marge de manœuvre, le temps et les heures-personnes pour mettre tout cela ensemble. »
Liddle et Majikes prévoient de poursuivre leurs travaux avec plusieurs autres manuscrits détaillant comment fabriquer avec succès des dispositifs nanométriques avec de l’ADN.
La source:
Institut national des normes et de la technologie (NIST)
Référence du journal:
Majikes, JM & Liddle, JA (2021) DNA Origami Design: A How-To Tutorial. Journal de recherche de l’Institut national des normes et de la technologie. doi.org/10.6028/jres.126.001.
