Nanotube and nanogold to gear phi29 DNA packaging motor

纳米管和纳米金齿轮 phi29 DNA 包装电机

基本信息

  • 批准号:
    7245847
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 25.93万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2004
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2004-09-01 至 2009-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Nanotechniques involve the creation, characterization, and modification of organized nanomaterials to serve as building blocks for the construction of large-scale devices and systems. Living systems contain a wide variety of nanomachines and highly ordered structures, including motors, arrays, pumps, membrane cores, and valves. The novelty and ingenious design of bacterial virus phi29 DNA packaging motor, the strongest biomotor studied to date, have inspired the synthesis of this motor and its components as biomemitics for nanodevices. This 30 nm nanomotor uses six ATP-binding pRNA molecules to gear the motor. An imitative motor has been successfully constructed using purified recombinant proteins and artificially synthesized RNA. It can be turned on and off at will. The formation of ordered structural arrays of the motor complex and its components, the retention of motor function after 3'-end extension of the pRNA, and the ease with which pRNA dimers and trimers can be manipulated combine to make the RNA-containing motor a viable option as mechanical parts in nanotechnology. The long-term objective is to utilize this synthesized motor, together with arrays of its components, as parts in nanodevices, with several major applications: 1) To use this artificial motor as parts for nanodevices, such as apparatuses for in vivo drug delivery. 2) To use the ordered arrays of motor components as building facades for large-scale supramolecular structures to serve as molecular sieves, chips for the diagnosis of diseases, or as ultrahigh density data storage systems. The presence of six pRNA subunits in the hexameric building blocks will allow for the construction of arrays with multiple functions, for example to allow for the separate identification of multiple pathogens. 3) To develop this nanomotor into a DNA-sequencing apparatus, since the DNA-packaging process involves movement of the DNA through a 3.6-nm pore surrounded by six RNA that can be modified to accept chemical signals. Though all of these long-term applications are becoming more and more realizable, practical nanotechnology is still in its infancy. It would be unrealistic to propose applying the phi29 motor system directly to nanodevices in only three or four years. Thus, the short-term objective of this proposal is to construct pRNA or protein arrays that will serve as templates for the construction of patterned supramolecular structures, and to find the best routes through which to link nanotubes and nanogolds as well as to attach biological moieties and chemical groups to the motor or the constructed arrays, pRNA dimers, trimers and hexamers will be used for array construction. Chief among early concerns will be avoiding disruption of the assembly and functioning of the motor and/or arrays due to the incorporation of foreign components. This phase of the study will pave the way toward direct and practical technological applications of the motor and its arrays in nanodevices.
描述(由申请人提供):纳米技术涉及有组织的纳米材料的创建,表征和修改,以作为建造大型设备和系统的基础。生活系统包含各种各样的纳米机器和高度有序的结构,包括电动机,阵列,泵,膜芯和阀门。迄今为止,最强的生物动物的细菌病毒PHI29 DNA包装电机的新颖性和巧妙的设计启发了该电机及其成分作为纳米电视的生物学作用的合成。这30 nm纳米运动使用了六个ATP结合PRNA分子来齿轮电机。模仿运动已通过纯化的重组蛋白和人为合成的RNA成功构建。它可以随意打开和关闭。电动机复合物及其组件的有序结构阵列的形成,PRNA 3端延伸后的电动机功能的保留,以及可以操纵PRNA二聚体和三聚体的易于操作,使RNA的电动机含有RNA的电动机A可行的选择作为纳米技术的机械零件。 长期目标是利用该合成的电动机以及其组件阵列作为纳米版本中的零件,以及几种主要应用:1)将此人工发动机用作纳米电视的零件,例如用于体内药物递送的设备。 2)使用有序的电机组件作为大规模超分子结构的建筑立面,以用作分子筛子,用于诊断疾病的芯片或超高密度数据存储系统。六聚体构建块中存在六个PRNA亚基将允许构建具有多个功能的阵列,例如,可以单独识别多种病原体。 3)将此纳米运动发展为DNA测序设备,因为DNA包装过程涉及DNA通过3.6 nm孔的运动,该孔被六个RNA包围,可以修改以接受化学信号。 尽管所有这些长期应用都变得越来越可实现,但实际的纳米技术仍处于起步阶段。仅在三到四年内将PHI29电动机系统直接应用于纳米版将是不现实的。因此,该提案的短期目标是构建PRNA或蛋白质阵列,该阵列将用作模板的构建模板,以构建图案上的超分子结构,并找到可以通过将纳米管和纳米胶质连接的最佳途径以及附加生物学部分的途径电动机或构造的阵列,PRNA二聚体,三聚体和六聚体的化学基团将用于阵列结构。早期关注点的主要内容是避免由于掺入外国组件而导致电动机和/或阵列的组装和功能中断。该研究的这一阶段将为电动机及其阵列在纳米版中的直接和实用技术应用铺平道路。

项目成果

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