Research Abstract
原子間力顕微鏡法で直接観察できるナノメカニカルDNA折り紙「単一分子ビーコン」
DNA折り紙は、ホチキスの針のような短い鎖を利用して長い一本鎖DNAを折り畳んでいき、設計通りの構造体を作る技術である。
Nanomechanical DNA origami 'single-molecule beacons'directly imaged by atomic force microscopy
2011年8月23日 Nature Communications 2 : 449 doi: 10.1038/ncomms1452
DNA折り紙は、ホチキスの針のような短い鎖を利用して長い一本鎖DNAを折り畳んでいき、設計通りの構造体を作る技術である。そのような構造体によって、有用なナノメカニカルDNAデバイスが開発できるかもしれない。今回我々は、さまざまな化学的・生物学的標的に対応する分子分解能の汎用的な検出手法を開発している。我々は、ものを挟む道具と同じように機能し、「単一分子ビーコン」として使うことができる、機能性ナノメカニカルDNA折り紙デバイスを設計した。支点で連結された長さ約170 nmの2本のレバーからなる「DNA折り紙ペンチ（pliers）」と「DNA折り紙鉗子（forceps）」を用いることで、金属イオンからタンパク質に至るまでのさまざまな無機および有機の単一分子標的を、折り紙デバイスの構造変化として原子間力顕微鏡法で視覚的に検出できる。挟み込み（pinching）型、ファスナー（zipping）型、あるいはファスナー開放（unzipping）型の検出機構の中から、対象となる標的に適したものを選ぶことができる。またこれらは同じ混合物中、異なる形状の折り紙デバイスで、それぞれ独立に用いることもできる。
- 東京大学先端科学技術研究センター
- （現所属）関西大学 化学生命工学部
- （現所属）宮崎大学 医学部
DNA origami involves the folding of long single-stranded DNA into designed structures with the aid of short staple strands; such structures may enable the development of useful nanomechanical DNA devices. Here we develop versatile sensing systems for a variety of chemical and biological targets at molecular resolution. We have designed functional nanomechanical DNA origami devices that can be used as ‘single-molecule beacons’, and function as pinching devices. Using ‘DNA origami pliers’ and ‘DNA origami forceps’, which consist of two levers ~170 nm long connected at a fulcrum, various single-molecule inorganic and organic targets ranging from metal ions to proteins can be visually detected using atomic force microscopy by a shape transition of the origami devices. Any detection mechanism suitable for the target of interest, pinching, zipping or unzipping, can be chosen and used orthogonally with differently shaped origami devices in the same mixture using a single platform.
