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Comment apprendre l'origami ADN

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Pouvez-vous me dire s'il existe de bons logiciels et tutoriels qui peuvent être utilisés pour apprendre l'ADN Origami. Je suis nouveau dans ce domaine et je veux apprendre des bases.

Merci d'avance pour votre aide

édité: INSILICO


Essaye ça.

cadnano simplifie et améliore le processus de conception de nanostructures d'origami d'ADN en trois dimensions. Grâce à ses interfaces 2D et 3D conviviales, il accélère la création de conceptions arbitraires. Les règles intégrées dans cadnano, associées à l'analyse par éléments finis effectuée par cando, fournissent une certitude relative de la stabilité des structures.


Idées d'activités pour la journée de l'ADN

Concours de rédaction de la Journée de l'ADN de l'ASHG
Le concours de rédaction de la Journée de l'ADN de l'American Society of Human Genetics (ASHG) est ouvert aux élèves de la 9e à la 12e année du monde entier et leur demande d'examiner, de questionner et de réfléchir sur des concepts importants en génétique. Les soumissions sont maintenant ouvertes, via le lien en bas de cette page. La date limite de soumission des essais est le mercredi 3 mars 2021 et les gagnants seront annoncés le jour de l'ADN (vendredi 23 avril 2021).

HHMI BioInteractive : Génétique
Engagez vos élèves dans une discussion sur les traits – à la fois physiques et de personnalité – et les facteurs qui les influencent. Ce plan de cours encourage les élèves à penser comme un scientifique, à concevoir une expérience et à la présenter à leurs camarades de classe pour obtenir leurs commentaires. Aucun matériel n'est requis !

'15 pour 15' Ressources
Découvrez des ressources vérifiées mettant en évidence les avancées en génomique créées dans le cadre de la célébration du 15e anniversaire de l'achèvement du projet du génome humain et de la découverte de la double hélice. Ces ressources fournissent une explication de l'avancée, des vidéos mettant en évidence divers sujets et la façon dont tout le monde peut s'engager dans la science. Des ressources pour le public intéressé, les éducateurs et les fournisseurs de soins de santé sont également incluses.

Vidéos éducatives du National Human Genome Research Institute (NHGRI)
Cinq vidéos éducatives produites par 42 Degrees North pour NHGRI, présentant la génomique d'une manière visuellement époustouflante et facilement compréhensible. Les vidéos présentent des sujets sur les leçons apprises du Human Genome Project, des commentaires de scientifiques et de politiciens sur ce que le génome nous a révélé, ce que les tests génétiques peuvent et ne peuvent pas nous dire d'où nous venons, l'impact que la médecine génomique peut avoir sur les patients, et enfin, une magnifique présentation sur la « danse » entre le génome et l'environnement.

Extraction d'ADN de fraise
Cette vidéo comprend tout ce que vous devez savoir pour extraire l'ADN des fraises. Apprenez deux façons simples et amusantes d'extraire l'ADN de fraises fraîches ou congelées, comme expliqué par le Dr Eric Green et le Dr Carla Easter. Il y a une affiche imprimable de l'activité, qui est également disponible en espagnol.

Modules pour la sensibilisation en classe de NC DNA DayNorth Carolina DNA Day Ambassador Program a conçu des modules pour la sensibilisation en classe, y compris des diapositives de présentation, des protocoles d'activité, des guides du présentateur et des documents à distribuer. Les titres des modules incluent « Epigénétique », « La science derrière les cigarettes électroniques », « Médecine personnalisée » et « Médecine légale ».

Bibliothèque vidéo de cours BLOSSOMS du MIT
Cours vidéo créés par des enseignants sur un certain nombre de sujets, notamment des cours sur l'ADN dans les domaines de l'évolution humaine, de la médecine légale, de la biologie du cancer et de l'étude des animaux. Certaines vidéos sont alignées NGSS.

Demandez à un biologiste de l'ASU
Ask a Biologist de l'Arizona State University a été créé principalement pour être utilisé par les étudiants et les enseignants de la maternelle à la 12e année et les apprenants tout au long de la vie. Les outils permettent aux utilisateurs de poser des questions liées à la biologie aux professionnels du domaine qui donnent de leur temps pour y répondre.

Chronologie du génome humain à partir du génome : déverrouiller le code de la vie
Parcourez des moments marquants de la recherche génétique et génomique. Commençant par les travaux de Mendel sur les pois au milieu des années 1800, la chronologie comprend des événements marquants en génétique et en génomique, et culmine avec l'achèvement du projet du génome humain.

Chronologie de l'ADN ancien du génome : déverrouiller le code de la vie
Au début des années 1980, les scientifiques ont commencé à isoler l'ADN ancien à partir de sources telles que des spécimens de musée, des découvertes archéologiques, des restes fossiles, des excréments fossilisés, des carottes de glace de pergélisol et d'autres sources inhabituelles d'ADN. Cette chronologie décrit l'histoire des chercheurs dans de nombreux domaines, récupérant des informations génétiques à partir de spécimens anciens et faisant de la recherche sur l'ADN ancien un domaine de collaboration fertile entre les institutions de recherche et les musées.

Le génome animé à partir du génome : déverrouiller le code de la vie
Une belle vidéo d'animation informative sur ce qu'est un génome et pourquoi il est important pour chacun de nous. Cette vidéo explique clairement et simplement le code triplet de l'ADN, la réplication de l'ADN, les utilisations médico-légales et généalogiques de l'ADN, et bien plus encore.

Génomique et identité humaine - Leçon 1 du génome : Déverrouiller le code de la vie
Génomique et identité humaine, une nouvelle ressource pédagogique passionnante pour les élèves de la 7e à la 12e année, a été inspirée par l'exposition du musée NHGRI/Smithsonian, Genome : Unlocking Life's Code et développée avec le soutien de Promega Corporation. Cette ressource de classe gratuite comprend un manuel de l'enseignant, des documents pour les étudiants et des diapositives PowerPoint supplémentaires. Le plan de leçon présente quatre traits humains facilement observables et leurs variations et différences identifiées entre les séquences d'ADN de deux individus.

Génomique et identité humaine - Leçon 2 du génome : Déverrouiller le code de la vie
La leçon 2 de génomique et d'identité humaine, une nouvelle ressource pédagogique passionnante pour les élèves de la 9e à la 12e année, a été inspirée par l'exposition du musée NHGRI/Smithsonian, Genome : Unlocking Life's Code et développée avec le soutien de Promega Corporation. Cette ressource de classe gratuite comprend un manuel de l'enseignant, des documents pour les étudiants et des diapositives PowerPoint supplémentaires. Cette leçon emmène les étudiants plus loin dans le génome humain que la leçon 1 - et dans le monde sombre des attaques de requins et de l'analyse médico-légale.

Enseigner l'évolution à travers des exemples humains du NMNH
Le projet « Enseigner l'évolution à travers des exemples humains » est produit par le Smithsonian National Museum of Natural History (NMNH). Ces outils robustes pour enseigner l'évolution ont été créés spécialement pour les cours de biologie AP, mais sont également précieux dans les cours de biologie de base. Ses quatre unités d'enseignement portent sur : Adaptation à l'altitude Paludisme Evolution de la couleur de la peau humaine et que signifie être humain ? Le matériel comprend également une ressource sur la sensibilité culturelle et religieuse.

Dans & Beyond Africa from Genome: Déverrouiller le code de la vie
"In & Beyond Africa" ​​est un ensemble animé de ressources d'apprentissage interactives librement accessibles sur le site Web de Genome: Unlocking Life's Code. Sous-titré « suivez notre voyage génomique », cet interactif s'ouvre sur un aperçu des migrations humaines à travers l'Afrique et au-delà, et contient cinq mini-jeux axés sur des sujets liés au développement humain.

Centre d'information sur la génétique et les maladies rares (GARD)
GARD offre une mine d'informations en ligne facilement accessibles sur les maladies génétiques et rares provenant de ressources du NIH, de textes médicaux, de revues scientifiques, de sites de défense des maladies et de bases de données médicales. Convient aux enseignants, aux étudiants et au grand public intéressés par les maladies rares et leur traitement - cette ressource fournit des informations fiables et à jour.

Médiathèque de Genome : déverrouiller le code de la vie
La base de données multimédia Genome: Unlocking Life's Code est composée d'illustrations, d'animations et d'applications mobiles gratuites, libres de droits d'auteur et téléchargeables liées à la génétique, à la génomique et aux sujets abordés sur le site Web et dans l'exposition NHGRI/Smithsonian Genome: Unlocking Life's Code.

À la recherche de notre Néandertal intérieur : Dr Svante Paabo
L'ADN d'humains éteints peut-il fournir un indice sur nos origines ? Écoutez le célèbre chercheur, le Dr Svante Paabo, discuter de ses recherches révolutionnaires sur les nouvelles connexions génétiques et géographiques entre l'Homo sapiens et nos anciens ancêtres. La vidéo dure 90 minutes et est sous-titrée.

Images MagicEye 3-D de la génétique à partir du génome : déverrouiller le code de la vie
Étourdissez et ravissez vos amis, votre famille, vos enseignants ou vos étudiants avec ces trois images MagicEye sur le thème de la génétique. Ces images présenteront un effet 3D complet sur un écran d'ordinateur ou lorsqu'elles seront imprimées sur une imprimante couleur ordinaire.

Glossaire parlant des termes génétiques du NHGRI
Le « Talking Glossary of Genetic Terms » est un outil d'apprentissage créé par le National Human Genome Research Institute (NHGRI) conçu pour être utilisé par les enseignants, les étudiants et le grand public pour aider à expliquer les termes utilisés dans la génétique et la génomique modernes. Il présente les voix des principaux scientifiques en génétique expliquant la définition de chaque terme dans leurs propres mots. Le glossaire parlant est disponible en ligne en anglais et en espagnol, et est disponible en anglais sous forme d'application iPhone ou iPad téléchargeable gratuitement.

Outils pour enseigner ou apprendre sur Gregor Mendel à partir du génome : déverrouiller le code de la vie
Voici dix ressources pour donner vie à Mendel dans votre classe ou affiner vos connaissances personnelles. Découvrez ces outils remarquables, notamment l'article historique de Mendel de 1865, des animations interactives, des plans de cours, des conférences TEDed, et plus encore.

Trait Tree Activity from Genome: Déverrouiller le code de la vie
Vous cherchez une activité intéressante à faire lors d'une expo-sciences ou d'un festival? Ou en classe avec vos élèves ? Essayez cette grande activité d'arbre de trait ! Les participants suivent leurs traits héréditaires à travers l'arbre et trouvent quelle combinaison de traits ils ont parmi les 16 options possibles. Suivez les réponses des participants tout au long de la journée en leur demandant d'ajouter un petit objet (haricot, marbre, tube de microcentrifugation) dans l'un des 16 pots Mason alignés avec les combinaisons de traits possibles. Encouragez les gens à revisiter le stand pour voir à quel point leur combinaison de traits est courante ou peu commune parmi le groupe présent à la foire. Pour un autre tour sur l'activité: Un arbre de traits génétiques

Preuves visibles : vues médico-légales du plan de leçon corporelle de NLM
La National Library of Medicine (NLM) a créé cette leçon intitulée "DNA - A Molecular Identity". Dans la leçon 1, les élèves apprennent ce qu'est l'ADN et plusieurs techniques différentes de typage de l'ADN. Dans la leçon 2, les élèves examinent trois situations différentes où le typage ADN a été utilisé pour rendre justice. Les élèves identifient et évaluent également différentes utilisations des techniques de typage ADN et leurs avantages et abus possibles.

Visite de la génétique de base de GSLC
Le Tour of Basic Genetics du Genetic Science Learning Center (GSLC) de l'Université de l'Utah présente des explications simples d'un certain nombre de termes génétiques clés, notamment « Qu'est-ce qu'un gène ? », « Qu'est-ce que l'ADN ? » et "Qu'est-ce que l'hérédité ?" Ces explications claires et en langage simple sont associées à des visuels utiles permettant aux participants de bien saisir cette terminologie importante.

Ressources épigénétiques du GSLC
Cette série de ressources sur l'épigénétique du Genetic Science Learning Center (GSLC) de l'Université de l'Utah comprend une vidéo d'introduction intitulée "The Epigenome at a Glance", un certain nombre d'outils interactifs illustrant les concepts clés de l'épigénétique, et d'autres excellentes ressources explorant la relation entre l'épigénétique et la nutrition, le cerveau, l'hérédité et plus encore.

Vidéos d'information de Stated Clearly
Ces vidéos animées captivantes de Stated Clearly expliquent avec précision les bases de la génétique et de l'évolution. Ensemble, ils servent de cours d'introduction à ces domaines d'études, avec des vidéos telles que « Qu'est-ce qu'un gène exactement ? », « Qu'est-ce que l'ADN et comment fonctionne-t-il ? » et "Comment évoluent les nouvelles informations génétiques ?"

Au-delà de l'ADN - Infographie épigénétique de Genetic Alliance
Cette ressource de Genetic Alliance - "Au-delà de l'ADN - Votre guide informatif sur l'épigénétique et la santé" - illustre le fonctionnement de l'épigénétique et ce que cela signifie pour vous d'une manière amusante et interactive.

Caractéristiques de l'héritage de GSLC
Cette série de ressources du Genetic Science Learning Center (GSLC) de l'Université de l'Utah sur les caractéristiques de l'hérédité couvre des questions difficiles telles que « Qu'est-ce que l'hérédité ? » et "Qu'est-ce qu'un trait ?" avec un langage simple. Ces ressources comprennent également des informations sur l'héritage spécifique d'exemples de gènes et dix activités simples et imprimables pour en savoir plus sur les traits avec votre famille ou votre classe.

Coloriage avec les pages d'un livre de coloriage sur la science cellulaire
Envie de célébrer la Journée de l'ADN avec un public plus jeune ? Ou juste les jeunes de cœur ? Profitez de Coloring with Cell de Cell Press : des pages de livre à colorier explorant le monde de la biologie cellulaire. Ces bandes dessinées à colorier sont des représentations graphiques d'un processus bioscientifique, laissées en noir et blanc pour votre plaisir de colorier ! Les pages comprennent une double hélice, une réplication d'ADN et une ARN polymérase.

Map-Ed Genetics de pgEd
Map-Ed est un site Web d'apprentissage interactif du Personal Genetics Education Project (pgEd) proposant de courts questionnaires axés sur une variété de sujets liés à la génétique. Après avoir terminé chaque quiz, les élèves peuvent « épingler » leur emplacement sur une carte du monde et - au fil du temps - regarder les participants (et les connaissances) se répandre à travers le monde ! Map-Ed est conçu pour sensibiliser le public et faire connaître la génétique personnelle en utilisant des moyens accessibles à tous.

Molécules d'interitance de GSLC
Cette collection de ressources du Genetic Science Learning Center (GSLC) de l'Université de l'Utah comprend des informations sur les molécules impliquées dans l'hérédité, notamment l'ADN et les gènes, l'ARN, les protéines et le dogme central, ce qui explique la relation entre ces molécules. Ces ressources pour chaque molécule comprennent des outils d'exploration interactifs, des explications sur les sujets principaux, ainsi que des applications et des exemples.

Plans de cours de pgEd
Cette base de données de plans de cours du Personal Genetics Education Project (pgEd) comprend des leçons interactives pour les enseignants du secondaire et du collégial afin d'engager leurs élèves dans des discussions sur l'éthique et la génétique personnelle. Les leçons concernent plusieurs matières, notamment la biologie, la santé, les études sociales, le droit, l'éducation physique et la psychologie. Tous contiennent une lecture de fond pour les enseignants et les élèves, une sélection d'activités en classe, des points de discussion, dans certains cas une présentation de diapositives ou un clip vidéo, et une évaluation. Les sujets incluent « Introduction à la génétique personnelle », « Tests génétiques destinés directement aux consommateurs », « Histoire, eugénisme et génétique » et bien d’autres.

Base de données d'animation 3D de DNALC
Le DNA Learning Center (DNALC) du Cold Spring Harbor Laboratory possède une grande base de données d'animations 3D qui peuvent être visualisées dans votre navigateur Web ou téléchargées pour être lues à partir de votre ordinateur. Ces animations peuvent être utiles pour visualiser des concepts biologiques complexes. Les vidéos incluent : « Transcription et traduction : épissage d'ARN », « Molécule d'ADN : comment l'ADN est emballé », « DNA Unzips » et bien d'autres.

Chromosomes et héritage de GSLC
Ce groupe de ressources du Genetic Science Learning Center (GSLC) de l'Université de l'Utah couvre le sujet des chromosomes et de l'hérédité. Les ressources traitent de « Qu'est-ce qu'un chromosome » et « Comment les scientifiques lisent-ils les chromosomes » avec un certain nombre de ressources sur les caryotypes. De plus, les participants peuvent faire leur propre caryotype dans une activité d'exploration interactive.

Infographie « Votre génome et vous » du PCOEG de NHGRI
Cette infographie - Votre génome et vous - du Partenariat pour la sensibilisation communautaire et l'engagement en génomique du National Human Genome Research Institute (NHGRI) offre au grand public une introduction aux bases de la génétique et de la génomique. Votre génome et vous donne des informations sur comment la science de la génétique et de la génomique influe sur l'apparence d'une personne (caractéristiques physiques) et sur sa santé (risque de maladie). Les images et le texte mettent en évidence les progrès réalisés dans ce domaine en pleine croissance et son impact sur la vie de tous.

Élevage de pigeons : la génétique au travail de GSLC
Cette série de ressources sur l'héritage du Genetic Science Learning Center (GSLC) de l'Université de l'Utah utilise le modèle d'un pigeon pour transmettre des concepts d'héritage complexes, tels que l'assortiment indépendant, la probabilité, l'épistatisme, la liaison, etc. Ces ressources comprennent des éléments interactifs, des chansons, des jeux et une galerie de caractéristiques interactives chez les pigeons.

Chronologie : organismes dont le génome a été séquencé
Dans cette chronologie du Genome Research Limited et du Wellcome Trust Sanger Institute, vous pouvez suivre la chronologie des organismes qui ont été séquencés. Du bactériophage MS2 en 1976 au poisson zèbre en 2013, nous disposons désormais d'un large catalogue de génomes séquencés que nous pouvons étudier et comparer. Pour chaque organisme, il y a : « Qu'est-ce que c'est ? », « Pourquoi a-t-il été séquencé ? », « Qui l'a séquencé ? », « Combien de bases ? » et "Combien de chromosomes ?"

Variation génétique de GSLC
Ces ressources du Genetic Science Learning Center (GSLC) de l'Université de l'Utah traitent de « Comment la variation se produit » et « Qu'est-ce que la mutation ? » Grâce à un certain nombre de jeux d'exploration interactifs et de ressources d'information, les élèves peuvent en apprendre davantage sur les sources de variation génétique et les modèles pour en savoir plus à ce sujet.

Yummy Gummy DNA du Wellcome Genome Campus
Cette activité savoureuse du site Web "votregénome" du Wellcome Genome Campus vous aide à explorer la forme et la structure de l'ADN. Quatre couleurs de bonbons gélifiés représentent les quatre bases qui composent l'ADN. En utilisant les cure-dents, vous pouvez apparier correctement les bases et former la forme en échelle de l'hélice d'ADN. Et la meilleure partie de l'activité - c'est comestible !

Évolution : ADN et unité de vie de GSLC
Cette collection de ressources du Genetic Science Learning Center (GSLC) de l'Université de l'Utah couvre des sujets sur la variation et la sélection génétiques, et leur relation avec le temps. Cela inclut un certain nombre d'outils d'exploration interactifs de l'évolution, où vous pouvez en apprendre davantage sur les moteurs de l'évolution, suivre les traits dans le temps ou explorer les changements évolutifs rapides grâce à des « souris de poche de roche ». Les ressources traitent également de la sélection artificielle par rapport à la sélection naturelle, des modèles d'évolution à travers le maïs, l'œil et l'épinoche.

Bracelets de séquences du Wellcome Genome Campus Cette activité est une manière agréable d'explorer les bases des séquences d'ADN et de l'appariement de bases complémentaires. Une séquence d'ADN est fournie pour un organisme choisi. Faites un brin du bracelet puis créez l'autre brin en utilisant les règles de base de l'appariement de base.

Sciences génétiques et société de GSLC
Cette section de ressources du Genetic Science Learning Center (GSLC) de l'Université de l'Utah comprend des sujets d'intérêt actuels pour la génétique et leurs liens avec la société. Ces sujets incluent : « Souris transgénétiques », « Aliments génétiquement modifiés », « Pharming for Farmaceuticals », la médecine légale, la biologie de la conservation et plus encore.

Activité Origami ADN
Créez un orgiami d'hélice d'ADN en papier dans cette activité pratique du National Human Genome Research Institute. Cette activité donne vie à la structure en double hélice de l'ADN in full colore. Téléchargez la feuille d'instructions et le modèle, ou regardez la courte vidéo étape par étape sur la façon d'organiser l'hélice.

Concours de rédaction de la Journée de l'ADN de l'ASHG
Le concours de rédaction de la Journée de l'ADN de l'American Society of Human Genetics (ASHG) est ouvert aux élèves de la 9e à la 12e année du monde entier et leur demande d'examiner, de questionner et de réfléchir sur des concepts importants en génétique. Les soumissions sont maintenant ouvertes, via le lien en bas de cette page. La date limite de soumission des essais est le mercredi 3 mars 2021 et les gagnants seront annoncés le jour de l'ADN (vendredi 23 avril 2021).

HHMI BioInteractive : Génétique
Engagez vos élèves dans une discussion sur les traits – à la fois physiques et de personnalité – et les facteurs qui les influencent. Ce plan de cours encourage les élèves à penser comme un scientifique, à concevoir une expérience et à la présenter à leurs camarades de classe pour obtenir leurs commentaires. Aucun matériel n'est requis !

'15 pour 15' Ressources
Découvrez des ressources vérifiées mettant en évidence les avancées en génomique créées dans le cadre de la célébration du 15e anniversaire de l'achèvement du projet du génome humain et de la découverte de la double hélice. Ces ressources fournissent une explication de l'avancée, des vidéos mettant en évidence divers sujets et la façon dont tout le monde peut s'engager dans la science. Des ressources pour le public intéressé, les éducateurs et les fournisseurs de soins de santé sont également incluses.

Vidéos éducatives du National Human Genome Research Institute (NHGRI)
Cinq vidéos éducatives produites par 42 Degrees North pour NHGRI, présentant la génomique d'une manière visuellement époustouflante et facilement compréhensible. Les vidéos présentent des sujets sur les leçons apprises du Human Genome Project, des commentaires de scientifiques et de politiciens sur ce que le génome nous a révélé, ce que les tests génétiques peuvent et ne peuvent pas nous dire d'où nous venons, l'impact que la médecine génomique peut avoir sur les patients, et enfin, une magnifique présentation sur la « danse » entre le génome et l'environnement.

Extraction d'ADN de fraise
Cette vidéo comprend tout ce que vous devez savoir pour extraire l'ADN des fraises. Apprenez deux façons simples et amusantes d'extraire l'ADN de fraises fraîches ou congelées, comme expliqué par le Dr Eric Green et le Dr Carla Easter. Il y a une affiche imprimable de l'activité, qui est également disponible en espagnol.

Modules pour la sensibilisation en classe de NC DNA DayNorth Carolina DNA Day Ambassador Program a conçu des modules pour la sensibilisation en classe, y compris des diapositives de présentation, des protocoles d'activité, des guides du présentateur et des documents à distribuer. Les titres des modules incluent « Epigénétique », « La science derrière les cigarettes électroniques », « Médecine personnalisée » et « Médecine légale ».

Bibliothèque vidéo de cours BLOSSOMS du MIT
Cours vidéo créés par des enseignants sur un certain nombre de sujets, notamment des cours sur l'ADN dans les domaines de l'évolution humaine, de la médecine légale, de la biologie du cancer et de l'étude des animaux. Certaines vidéos sont alignées NGSS.

Demandez à un biologiste de l'ASU
Ask a Biologist de l'Arizona State University a été créé principalement pour être utilisé par les étudiants et les enseignants de la maternelle à la 12e année et les apprenants tout au long de la vie. Les outils permettent aux utilisateurs de poser des questions liées à la biologie aux professionnels du domaine qui donnent de leur temps pour y répondre.

Chronologie du génome humain à partir du génome : déverrouiller le code de la vie
Parcourez des moments marquants de la recherche génétique et génomique. Commençant par les travaux de Mendel sur les pois au milieu des années 1800, la chronologie comprend des événements marquants en génétique et en génomique, et culmine avec l'achèvement du projet du génome humain.

Chronologie de l'ADN ancien du génome : déverrouiller le code de la vie
Au début des années 1980, les scientifiques ont commencé à isoler l'ADN ancien à partir de sources telles que des spécimens de musée, des découvertes archéologiques, des restes fossiles, des excréments fossilisés, des carottes de glace de pergélisol et d'autres sources inhabituelles d'ADN. Cette chronologie décrit l'histoire des chercheurs dans de nombreux domaines, récupérant des informations génétiques à partir de spécimens anciens et faisant de la recherche sur l'ADN ancien un domaine de collaboration fertile entre les institutions de recherche et les musées.

Le génome animé à partir du génome : déverrouiller le code de la vie
Une belle vidéo d'animation informative sur ce qu'est un génome et pourquoi il est important pour chacun de nous. Cette vidéo explique clairement et simplement le code triplet de l'ADN, la réplication de l'ADN, les utilisations médico-légales et généalogiques de l'ADN, et bien plus encore.

Génomique et identité humaine - Leçon 1 du génome : Déverrouiller le code de la vie
Génomique et identité humaine, une nouvelle ressource pédagogique passionnante pour les élèves de la 7e à la 12e année, a été inspirée par l'exposition du musée NHGRI/Smithsonian, Genome : Unlocking Life's Code et développée avec le soutien de Promega Corporation. Cette ressource de classe gratuite comprend un manuel de l'enseignant, des documents pour les étudiants et des diapositives PowerPoint supplémentaires. Le plan de leçon présente quatre traits humains facilement observables et leurs variations et différences identifiées entre les séquences d'ADN de deux individus.

Génomique et identité humaine - Leçon 2 du génome : Déverrouiller le code de la vie
La leçon 2 de génomique et d'identité humaine, une nouvelle ressource pédagogique passionnante pour les élèves de la 9e à la 12e année, a été inspirée par l'exposition du musée NHGRI/Smithsonian, Genome : Unlocking Life's Code et développée avec le soutien de Promega Corporation. Cette ressource de classe gratuite comprend un manuel de l'enseignant, des documents pour les étudiants et des diapositives PowerPoint supplémentaires. Cette leçon emmène les étudiants plus loin dans le génome humain que la leçon 1 - et dans le monde sombre des attaques de requins et de l'analyse médico-légale.

Enseigner l'évolution à travers des exemples humains du NMNH
Le projet « Enseigner l'évolution à travers des exemples humains » est produit par le Smithsonian National Museum of Natural History (NMNH). Ces outils robustes pour enseigner l'évolution ont été créés spécialement pour les cours de biologie AP, mais sont également précieux dans les cours de biologie de base. Ses quatre unités d'enseignement portent sur : Adaptation à l'altitude Paludisme Evolution de la couleur de la peau humaine et que signifie être humain ? Le matériel comprend également une ressource sur la sensibilité culturelle et religieuse.

Dans & Beyond Africa from Genome: Déverrouiller le code de la vie
"In & Beyond Africa" ​​est un ensemble animé de ressources d'apprentissage interactives librement accessibles sur le site Web de Genome: Unlocking Life's Code. Sous-titré « suivez notre voyage génomique », cet interactif s'ouvre sur un aperçu des migrations humaines à travers l'Afrique et au-delà, et contient cinq mini-jeux axés sur des sujets liés au développement humain.

Centre d'information sur la génétique et les maladies rares (GARD)
GARD offre une mine d'informations en ligne facilement accessibles sur les maladies génétiques et rares provenant de ressources du NIH, de textes médicaux, de revues scientifiques, de sites de défense des maladies et de bases de données médicales. Convient aux enseignants, aux étudiants et au grand public intéressés par les maladies rares et leur traitement - cette ressource fournit des informations fiables et à jour.

Médiathèque de Genome : déverrouiller le code de la vie
La base de données multimédia Genome: Unlocking Life's Code est composée d'illustrations, d'animations et d'applications mobiles gratuites, libres de droits d'auteur et téléchargeables liées à la génétique, à la génomique et aux sujets abordés sur le site Web et dans l'exposition NHGRI/Smithsonian Genome: Unlocking Life's Code.

À la recherche de notre Néandertal intérieur : Dr Svante Paabo
L'ADN d'humains éteints peut-il fournir un indice sur nos origines ? Écoutez le célèbre chercheur, le Dr Svante Paabo, discuter de ses recherches révolutionnaires sur les nouvelles connexions génétiques et géographiques entre l'Homo sapiens et nos anciens ancêtres. La vidéo dure 90 minutes et est sous-titrée.

Images MagicEye 3-D de la génétique à partir du génome : déverrouiller le code de la vie
Étourdissez et ravissez vos amis, votre famille, vos enseignants ou vos étudiants avec ces trois images MagicEye sur le thème de la génétique. Ces images présenteront un effet 3D complet sur un écran d'ordinateur ou lorsqu'elles seront imprimées sur une imprimante couleur ordinaire.

Glossaire parlant des termes génétiques du NHGRI
Le « Talking Glossary of Genetic Terms » est un outil d'apprentissage créé par le National Human Genome Research Institute (NHGRI) conçu pour être utilisé par les enseignants, les étudiants et le grand public pour aider à expliquer les termes utilisés dans la génétique et la génomique modernes. Il présente les voix des principaux scientifiques en génétique expliquant la définition de chaque terme dans leurs propres mots. Le glossaire parlant est disponible en ligne en anglais et en espagnol, et est disponible en anglais sous forme d'application iPhone ou iPad téléchargeable gratuitement.

Outils pour enseigner ou apprendre sur Gregor Mendel à partir du génome : déverrouiller le code de la vie
Voici dix ressources pour donner vie à Mendel dans votre classe ou affiner vos connaissances personnelles. Découvrez ces outils remarquables, notamment l'article historique de Mendel de 1865, des animations interactives, des plans de cours, des conférences TEDed, et plus encore.

Trait Tree Activity from Genome: Déverrouiller le code de la vie
Vous cherchez une activité intéressante à faire lors d'une expo-sciences ou d'un festival? Ou en classe avec vos élèves ? Essayez cette grande activité d'arbre de trait ! Les participants suivent leurs traits héréditaires à travers l'arbre et trouvent quelle combinaison de traits ils ont parmi les 16 options possibles. Suivez les réponses des participants tout au long de la journée en leur demandant d'ajouter un petit objet (haricot, marbre, tube de microcentrifugation) dans l'un des 16 pots Mason alignés avec les combinaisons de traits possibles. Encouragez les gens à revisiter le stand pour voir à quel point leur combinaison de traits est courante ou peu commune parmi le groupe présent à la foire. Pour un autre tour sur l'activité: Un arbre de traits génétiques

Preuves visibles : vues médico-légales du plan de leçon corporelle de NLM
La National Library of Medicine (NLM) a créé cette leçon intitulée "DNA - A Molecular Identity". Dans la leçon 1, les élèves apprennent ce qu'est l'ADN et plusieurs techniques différentes de typage de l'ADN. Dans la leçon 2, les élèves examinent trois situations différentes où le typage ADN a été utilisé pour rendre justice. Les élèves identifient et évaluent également différentes utilisations des techniques de typage ADN et leurs avantages et abus possibles.

Visite de la génétique de base de GSLC
Le Tour of Basic Genetics du Genetic Science Learning Center (GSLC) de l'Université de l'Utah présente des explications simples d'un certain nombre de termes génétiques clés, notamment « Qu'est-ce qu'un gène ? », « Qu'est-ce que l'ADN ? » et "Qu'est-ce que l'hérédité ?" Ces explications claires et en langage simple sont associées à des visuels utiles permettant aux participants de bien saisir cette terminologie importante.

Ressources épigénétiques du GSLC
Cette série de ressources sur l'épigénétique du Genetic Science Learning Center (GSLC) de l'Université de l'Utah comprend une vidéo d'introduction intitulée "The Epigenome at a Glance", un certain nombre d'outils interactifs illustrant les concepts clés de l'épigénétique, et d'autres excellentes ressources explorant la relation entre l'épigénétique et la nutrition, le cerveau, l'hérédité et plus encore.

Vidéos d'information de Stated Clearly
Ces vidéos animées captivantes de Stated Clearly expliquent avec précision les bases de la génétique et de l'évolution. Ensemble, ils servent de cours d'introduction à ces domaines d'études, avec des vidéos telles que « Qu'est-ce qu'un gène exactement ? », « Qu'est-ce que l'ADN et comment fonctionne-t-il ? » et "Comment évoluent les nouvelles informations génétiques ?"

Au-delà de l'ADN - Infographie épigénétique de Genetic Alliance
Cette ressource de Genetic Alliance - "Au-delà de l'ADN - Votre guide informatif sur l'épigénétique et la santé" - illustre le fonctionnement de l'épigénétique et ce que cela signifie pour vous d'une manière amusante et interactive.

Caractéristiques de l'héritage de GSLC
Cette série de ressources du Genetic Science Learning Center (GSLC) de l'Université de l'Utah sur les caractéristiques de l'hérédité couvre des questions difficiles telles que « Qu'est-ce que l'hérédité ? » et "Qu'est-ce qu'un trait ?" avec un langage simple. Ces ressources comprennent également des informations sur l'héritage spécifique d'exemples de gènes et dix activités simples et imprimables pour en savoir plus sur les traits avec votre famille ou votre classe.

Coloriage avec les pages d'un livre de coloriage sur la science cellulaire
Envie de célébrer la Journée de l'ADN avec un public plus jeune ? Ou juste les jeunes de cœur ? Profitez de Coloring with Cell de Cell Press : des pages de livre à colorier explorant le monde de la biologie cellulaire. Ces bandes dessinées à colorier sont des représentations graphiques d'un processus bioscientifique, laissées en noir et blanc pour votre plaisir de colorier ! Les pages comprennent une double hélice, une réplication d'ADN et une ARN polymérase.

Map-Ed Genetics de pgEd
Map-Ed est un site Web d'apprentissage interactif du Personal Genetics Education Project (pgEd) proposant de courts questionnaires axés sur une variété de sujets liés à la génétique. Après avoir terminé chaque quiz, les élèves peuvent « épingler » leur emplacement sur une carte du monde et - au fil du temps - regarder les participants (et les connaissances) se répandre à travers le monde ! Map-Ed est conçu pour sensibiliser le public et faire connaître la génétique personnelle en utilisant des moyens accessibles à tous.

Molécules d'interitance de GSLC
Cette collection de ressources du Genetic Science Learning Center (GSLC) de l'Université de l'Utah comprend des informations sur les molécules impliquées dans l'hérédité, notamment l'ADN et les gènes, l'ARN, les protéines et le dogme central, ce qui explique la relation entre ces molécules. Ces ressources pour chaque molécule comprennent des outils d'exploration interactifs, des explications sur les sujets principaux, ainsi que des applications et des exemples.

Plans de cours de pgEd
Cette base de données de plans de cours du Personal Genetics Education Project (pgEd) comprend des leçons interactives pour les enseignants du secondaire et du collégial afin d'engager leurs élèves dans des discussions sur l'éthique et la génétique personnelle. Les leçons concernent plusieurs matières, notamment la biologie, la santé, les études sociales, le droit, l'éducation physique et la psychologie. Tous contiennent une lecture de fond pour les enseignants et les élèves, une sélection d'activités en classe, des points de discussion, dans certains cas une présentation de diapositives ou un clip vidéo, et une évaluation. Les sujets incluent « Introduction à la génétique personnelle », « Tests génétiques destinés directement aux consommateurs », « Histoire, eugénisme et génétique » et bien d’autres.

Base de données d'animation 3D de DNALC
Le DNA Learning Center (DNALC) du Cold Spring Harbor Laboratory possède une grande base de données d'animations 3D qui peuvent être visualisées dans votre navigateur Web ou téléchargées pour être lues à partir de votre ordinateur. Ces animations peuvent être utiles pour visualiser des concepts biologiques complexes. Les vidéos incluent : « Transcription et traduction : épissage d'ARN », « Molécule d'ADN : comment l'ADN est emballé », « DNA Unzips » et bien d'autres.

Chromosomes et héritage de GSLC
Ce groupe de ressources du Genetic Science Learning Center (GSLC) de l'Université de l'Utah couvre le sujet des chromosomes et de l'hérédité. Les ressources traitent de « Qu'est-ce qu'un chromosome » et « Comment les scientifiques lisent-ils les chromosomes » avec un certain nombre de ressources sur les caryotypes. De plus, les participants peuvent faire leur propre caryotype dans une activité d'exploration interactive.

Infographie « Votre génome et vous » du PCOEG de NHGRI
Cette infographie - Votre génome et vous - du Partenariat pour la sensibilisation communautaire et l'engagement en génomique du National Human Genome Research Institute (NHGRI) offre au grand public une introduction aux bases de la génétique et de la génomique. Votre génome et vous donne des informations sur comment la science de la génétique et de la génomique influe sur l'apparence d'une personne (caractéristiques physiques) et sur sa santé (risque de maladie). Les images et le texte mettent en évidence les progrès réalisés dans ce domaine en pleine croissance et son impact sur la vie de tous.

Élevage de pigeons : la génétique au travail de GSLC
Cette série de ressources sur l'héritage du Genetic Science Learning Center (GSLC) de l'Université de l'Utah utilise le modèle d'un pigeon pour transmettre des concepts d'héritage complexes, tels que l'assortiment indépendant, la probabilité, l'épistatisme, la liaison, etc. Ces ressources comprennent des éléments interactifs, des chansons, des jeux et une galerie de caractéristiques interactives chez les pigeons.

Chronologie : organismes dont le génome a été séquencé
Dans cette chronologie du Genome Research Limited et du Wellcome Trust Sanger Institute, vous pouvez suivre la chronologie des organismes qui ont été séquencés. Du bactériophage MS2 en 1976 au poisson zèbre en 2013, nous disposons désormais d'un large catalogue de génomes séquencés que nous pouvons étudier et comparer. Pour chaque organisme, il y a : « Qu'est-ce que c'est ? », « Pourquoi a-t-il été séquencé ? », « Qui l'a séquencé ? », « Combien de bases ? » et "Combien de chromosomes ?"

Variation génétique de GSLC
Ces ressources du Genetic Science Learning Center (GSLC) de l'Université de l'Utah traitent de « Comment la variation se produit » et « Qu'est-ce que la mutation ? » Grâce à un certain nombre de jeux d'exploration interactifs et de ressources d'information, les élèves peuvent en apprendre davantage sur les sources de variation génétique et les modèles pour en savoir plus à ce sujet.

Yummy Gummy DNA du Wellcome Genome Campus
Cette activité savoureuse du site Web "votregénome" du Wellcome Genome Campus vous aide à explorer la forme et la structure de l'ADN. Quatre couleurs de bonbons gélifiés représentent les quatre bases qui composent l'ADN. En utilisant les cure-dents, vous pouvez apparier correctement les bases et former la forme en échelle de l'hélice d'ADN. Et la meilleure partie de l'activité - c'est comestible !

Évolution : ADN et unité de vie de GSLC
Cette collection de ressources du Genetic Science Learning Center (GSLC) de l'Université de l'Utah couvre des sujets sur la variation et la sélection génétiques, et leur relation avec le temps. Cela inclut un certain nombre d'outils d'exploration interactifs de l'évolution, où vous pouvez en apprendre davantage sur les moteurs de l'évolution, suivre les traits dans le temps ou explorer les changements évolutifs rapides grâce à des « souris de poche de roche ». Les ressources traitent également de la sélection artificielle par rapport à la sélection naturelle, des modèles d'évolution à travers le maïs, l'œil et l'épinoche.

Bracelets de séquences du Wellcome Genome Campus Cette activité est une manière agréable d'explorer les bases des séquences d'ADN et de l'appariement de bases complémentaires. Une séquence d'ADN est fournie pour un organisme choisi. Faites un brin du bracelet puis créez l'autre brin en utilisant les règles de base de l'appariement de base.

Sciences génétiques et société de GSLC
Cette section de ressources du Genetic Science Learning Center (GSLC) de l'Université de l'Utah comprend des sujets d'intérêt actuels pour la génétique et leurs liens avec la société. Ces sujets incluent : « Souris transgénétiques », « Aliments génétiquement modifiés », « Pharming for Farmaceuticals », la médecine légale, la biologie de la conservation et plus encore.

Activité Origami ADN
Créez un orgiami d'hélice d'ADN en papier dans cette activité pratique du National Human Genome Research Institute. Cette activité donne vie à la structure en double hélice de l'ADN in full colore. Téléchargez la feuille d'instructions et le modèle, ou regardez la courte vidéo étape par étape sur la façon d'organiser l'hélice.


Les scientifiques utilisent l'origami ADN pour surveiller le ciblage du gène CRISPR

Crédit : CC0 Domaine public

Les remarquables ciseaux génétiques appelés CRISPR/Cas9, la découverte qui a remporté le prix Nobel de chimie 2020, coupent parfois à des endroits qu'ils ne sont pas conçus pour cibler. Bien que CRISPR ait complètement changé le rythme de la recherche fondamentale en permettant aux scientifiques de modifier rapidement les séquences génétiques, il fonctionne si vite qu'il est difficile pour les scientifiques de voir ce qui ne va pas et de trouver comment l'améliorer.

Julene Madariaga Marcos, boursière postdoctorale Humboldt, et ses collègues du laboratoire du professeur Ralf Seidel à l'Université de Leipzig en Allemagne, ont trouvé un moyen d'analyser les mouvements ultra-rapides des enzymes CRISPR, ce qui aidera les chercheurs à comprendre comment ils reconnaissent leurs séquences cibles dans espoir d'améliorer la spécificité. Madariaga Marcos présentera la recherche le mardi 23 février lors de la 65e réunion annuelle de la Biophysical Society.

Pour utiliser les enzymes CRISPR pour modifier les séquences de gènes, les scientifiques peuvent les adapter pour cibler une séquence spécifique dans les trois milliards de paires de bases d'ADN du génome humain. Au cours de la reconnaissance de la cible, les enzymes CRISPR détordre les brins d'ADN pour trouver une séquence complémentaire à la séquence d'ARN attachée de CRISPR. Mais parfois, l'ARN correspond à des séquences d'ADN qui ne sont pas tout à fait complémentaires. Pour résoudre cette correspondance involontaire, les scientifiques doivent être en mesure d'observer comment CRISPR agit le long des paires de bases d'ADN individuelles, mais le processus est rapide et difficile à observer.

Pour mesurer les actions de CRISPR sur une échelle de temps ultra-rapide, Madariaga Marcos et ses collègues se sont tournés vers l'origami d'ADN, qui utilise des séquences d'ADN spéciales pour former des nanostructures tridimensionnelles complexes au lieu d'une simple double hélice. L'origami d'ADN a des applications dans l'administration de médicaments, la nanoélectronique et même l'art. À l'aide d'origami d'ADN, ils ont construit des bras de rotor à partir d'ADN afin qu'ils puissent observer avec une caméra à grande vitesse sur un microscope la détorsion de l'ADN par les enzymes CRISPR, faisant tourner le bras de rotor comme des pales d'hélicoptère. Avec ce système, ils ont pu mesurer les différentes réponses aux correspondances et aux mésappariements au sein de la séquence d'ADN. "Nous sommes en mesure de mesurer directement le paysage énergétique de CRISPR/Cascade lorsqu'il interagit avec l'ADN pour la première fois", a déclaré Madariaga Marcos.

Cette technique aidera les scientifiques à mieux comprendre les enzymes CRISPR et comment elles atterrissent finalement sur leur match. De cette façon, ils peuvent trouver comment optimiser CRISPR afin qu'il fasse moins de correspondances hors cible. À l'avenir, Madariaga Marcos souhaite "développer davantage d'outils et de méthodes pour étudier ces processus d'édition de gènes de nouvelles manières et à un niveau plus détaillé".


Dix ans d'origami ADN

Le 16 mars 2006, le professeur de recherche en bio-ingénierie, informatique et sciences mathématiques, et calcul et systèmes neuronaux, Paul Rothemund (BS ➔) a publié un article dans La nature détaillant sa nouvelle méthode pour plier l'ADN en formes et motifs à l'échelle de quelques nanomètres. Cela a marqué un tournant dans la nanotechnologie de l'ADN, permettant un contrôle précis des structures moléculaires conçues. Dix ans plus tard, le domaine s'est considérablement développé. Du 14 au 16 mars 2016, la Division de l'ingénierie et des sciences appliquées organisera un symposium intitulé « Dix ans d'origami ADN » pour honorer la contribution de Rothemund dans ce domaine, pour examiner l'éventail des recherches qu'il a inspirées et pour jeter un coup d'œil à ce qui est à venir.

"Pensez à l'origami ADN comme un panneau perforé à usage général pour organiser des choses de la taille du nanomètre", dit Rothemund. "Chaque origami d'ADN a 200 points d'attache différents, auxquels on peut attacher des protéines, ou de minuscules boules d'or, ou des molécules fluorescentes, ou des nanotubes de carbone électriquement conducteurs. Il n'y a pas d'autre moyen de juxtaposer des combinaisons de ces éléments dans des arrangements complexes, et c'est pour cela que les chercheurs du monde entier, des biologistes aux physiciens, utilisent l'origami ADN. Les biologistes utilisent l'origami d'ADN pour positionner différentes enzymes protéiques les unes à côté des autres, de sorte qu'une enzyme puisse transmettre ses produits à l'enzyme suivante dans une sorte de chaîne d'assemblage à l'échelle nanométrique. D'autres organisent des composants électroniques pour tenter de fabriquer des nanocircuits.

Le symposium était organisé par Erik Winfree, professeur d'informatique, de calcul et de systèmes neuronaux, et de bio-ingénierie. « Cette invention étonnante de Caltech a eu un impact remarquable sur la recherche en nanotechnologie moléculaire », dit-il.

Les exposés couvriront la nanotechnologie de l'ADN, l'auto-assemblage et la formation de motifs, les algorithmes de calcul et les logiciels pour la conception et l'analyse d'origami, les applications en biologie et biomédecine, les applications en physique quantique, les moteurs moléculaires et les dispositifs mécaniques, la biophysique et la thermodynamique et la cinétique, et plus encore. Les conférences sont ouvertes au public, mais les participants doivent d'abord s'inscrire en ligne.


Comment les scientifiques utilisent l'origami ADN pour livrer une cargaison dans un monde à l'échelle nanométrique

Qui n'a jamais entendu parler des fameuses techniques japonaises de pliage du papier appelées origami ? En partant d'une simple feuille de papier, les praticiens sont capables de créer des structures tridimensionnelles complexes en suivant un protocole de pliage précis.

Habituellement, plus la feuille de papier est petite, plus il devient difficile de faire de l'origami, car vos doigts deviennent trop gros pour faire le pliage correctement.

En biologie, il est nécessaire de travailler à de très petites échelles, plus petites qu'une cellule, voire plus petites qu'une bactérie. Définitivement trop petit pour nos doigts. Tout ce que nous fabriquons aujourd'hui et qui avoisine la taille de molécules ou de virus relève du domaine de la nanotechnologie, et ses utilisations potentielles sont multiples.

Si vous disposez d'outils suffisamment fins pour déplacer des molécules individuelles, vous pouvez faire beaucoup de choses pour traiter des maladies comme le cancer ou le diabète, réparer les tissus, réguler l'équilibre hormonal ou neurotransmetteur. Nous ne sommes pas encore là.

Cependant, depuis quelques années, les scientifiques jouent avec leur propre type de feuilles d'ADN en papier origami. L'ADN est une longue fibre très répétitive, robuste et flexible qui peut être façonnée comme une feuille de papier. L'ADN est soluble dans l'eau, ce qui est nécessaire si vous voulez travailler dans n'importe quel système biologique. Enfin, l'ADN est une molécule biologique ubiquitaire sans aucune toxicité (chimiquement parlant). L'origami ADN ne contient également aucune information génétique.

Depuis leur création en 2012, d'énormes travaux théoriques et techniques ont été consacrés à l'utilisation de l'origami ADN.

Récemment, des scientifiques affiliés au département de génie biomédical et au département de biologie de Bosten, MA, ont signalé une nouvelle tournure à leurs conceptions d'origami d'ADN : la libération contrôlée de cargaison via une stimulation optique.

Dans leurs conceptions, ils ont plié l'ADN à la manière d'un origami dans une cage en forme de boîte avec un trou au milieu pour « verrouiller » les molécules bioactives. Pour empêcher la molécule de s'échapper de sa cage, ils ont utilisé une « chaîne » pour la maintenir enfermée à l'intérieur. Cependant, la « chaîne » qu'ils ont utilisée pour enchaîner la molécule est spéciale : On peut l'enlever à distance en le frappant avec une lumière d'une certaine longueur d'onde.

Cette conception a d'énormes implications pour la nanothérapie. Habituellement, la régulation à l'échelle nanométrique est imprécise et statistique. Nous n'avons simplement pas d'outils pour travailler à cette échelle qui soient suffisamment précis pour nous permettre de contrôler par exemple la libération de médicaments à un certain moment dans un espace défini.

Avec ces cages en origami à ADN encapsulant le médicament bioactif, nous pouvons maintenant attendre que ces cages atteignent le bon endroit dans le corps, avant de libérer le médicament avec une courte impulsion lumineuse au bon moment.

La partie vraiment cool de ces cages « à déclenchement par la lumière » est la possibilité de les personnaliser facilement en fonction des besoins biologiques. Il n'est pas toujours nécessaire de rechercher le pliage d'origami parfait pour chaque médicament/molécule bioactive à administrer, mais il suffit de construire une cage pouvant contenir toutes sortes de choses. Une courte impulsion de lumière pour briser les chaînes, et vous êtes prêt à partir. Simple. Efficace.

Plus important encore, cette étude montre que les progrès de la conception à l'échelle nanométrique sont l'un des plus grands espoirs de la médecine moléculaire pour traiter plus efficacement les patients tout en évitant les effets secondaires non intentionnels.

Dans cet esprit, bon pliage !

Cette histoire fait partie de progrès des sciences biologiques, une plate-forme de communication scientifique qui vise à expliquer la science révolutionnaire dans le domaine de la biologie, de la médecine, de la biotechnologie, des neurosciences et de la génétique à tout le monde. La compréhension scientifique a trop de barrières, brisons-les !


Partie 2 : Nanofabrication via des briques monobrin d'ADN

00:00:06.28 Bon retour -
00:00:08.04 ceci est la deuxième partie de la conférence
00:00:09.29 sur la nanotechnologie structurelle de l'ADN.
00:00:12.16 Dans la conférence précédente, nous avons discuté d'une méthode,
00:00:14.25 ADN échafaudé Origami,
00:00:16.13 qui s'est avéré suffisamment puissant pour auto-assembler des brins d'ADN
00:00:20.03 en objets qui sont environ deux fois la masse d'un ribosome,
00:00:23.00 environ 5 mégaDaltons,
00:00:25.02 impliquant un long échafaudage simple brin
00:00:26.28 qui est plié par de nombreux brins courts
00:00:29.12 dans l'objet souhaité.
00:00:31.28 Pour le deuxième segment,
00:00:33.08 Je vais discuter d'une nouvelle méthode
00:00:35.17 qui vient d'être signalé l'année dernière.
00:00:37.29 C'est un travail qui a été principalement dirigé par
00:00:40.21 mon collègue Peng Yin à Harvard
00:00:42.21 et l'Institut Wyss
00:00:44.07 qu'il appelle DNA Single-Stranded Bricks.
00:00:48.10 Et il s'avère que cette méthode semble être
00:00:50.24 à peu près comparable dans sa puissance
00:00:53.06 de structures auto-assemblantes
00:00:54.22 de ce genre de complexité.
00:00:56.21 Mon groupe a aidé en collaboration
00:00:58.22 à la fin du déplacement en 3 dimensions.
00:01:01.15 Je pense que c'est une méthode vraiment intéressante,
00:01:03.01 c'est pourquoi j'aimerais en discuter dans ce
00:01:04.27 Séminaire iBio.
00:01:08.20 La méthode échafaudée de l'ADN Origami
00:01:10.28 est analogue à certains jouets
00:01:12.24 avec lesquels vous avez peut-être joué.
00:01:14.10 C'est donc un serpent à ADN
00:01:16.00 que vous pouvez plier en structures tridimensionnelles.
00:01:19.02 Voici une autre idée connexe
00:01:20.24 d'un polymère en forme de serpent
00:01:22.09 que nous pouvons plier en objets.
00:01:24.13 C'est aussi familier aux biologistes
00:01:26.17 qui pensent aux chaînes polypeptidiques
00:01:28.19 qui sont des chaînes individuelles qui se replient
00:01:30.16 dans une sorte de configuration en 3 dimensions.
00:01:33.11 Et de cette façon, vous pouvez réaliser
00:01:35.04 presque n'importe quelle forme en ayant un long polymère,
00:01:37.17 plier ça dans cette forme.
00:01:40.26 Cependant, d'un point de vue humain,
00:01:43.05 il pourrait y avoir un moyen plus simple si cela fonctionnait réellement,
00:01:46.19 et cela en utilisant l'exemple des briques Lego.
00:01:49.08 Donc, si vous pouvez imaginer que vous avez un ensemble de briques
00:01:52.15 qui ont une forme stéréotypée,
00:01:55.23 si nous en avons juste beaucoup
00:01:57.09 et nous pouvons les connecter sous différents angles,
00:01:59.14 alors maintenant vous pourriez dire que cela nous donne
00:02:01.08 encore plus de flexibilité de conception
00:02:03.07 dans la construction de ces grandes formes tridimensionnelles.
00:02:05.10 Vous n'avez plus à vous soucier de
00:02:06.21 la connectivité de la chaîne passant par l'objet.
00:02:11.29 Et ce que le groupe de Peng Yin a démontré
00:02:14.03 c'est qu'en fait, on peut faire ça avec l'ADN.
00:02:17.19 Maintenant, quand DNA Origami est sorti,
00:02:20.04 ce fut un choc pour tout le monde que,
00:02:22.23 wow, nous pouvons construire ces structures très complexes,
00:02:25.08 et puis il a été immédiatement supposé
00:02:27.02 que la clé du succès de la méthode
00:02:28.27 était le fait que tu avais cette très longue mèche
00:02:32.15 qui maintient tous les brins courts en ordre.
00:02:35.04 C'était un modèle principal
00:02:36.25 et si vous n'aviez pas ça
00:02:38.00 peut-être que tout sombrerait dans le chaos.
00:02:40.11 Et ce que le groupe de Peng Yin a démontré, c'est,
00:02:42.10 en fait, ce n'est pas le cas,
00:02:43.22 même si nous pensons toujours que le long brin pourrait aider,
00:02:46.15 mais maintenant nous savons que ce n'est certainement pas un composant nécessaire
00:02:49.07 pour une stratégie réussie pour construire des structures de cette taille.
00:02:53.21 Donc la première partie de cette histoire
00:02:54.24 a été développé dans le laboratoire de Peng Yin,
00:02:56.25 travail dirigé par Bryan Wei et Mingjie Dai dans son laboratoire.
00:03:02.17 Et l'idée est la suivante :
00:03:04.05 donc si vous vous souvenez de la première conférence,
00:03:06.12 nous avons eu cette idée d'une tuile à double croisement
00:03:08.22 et nous avons dit,
00:03:09.25 "Oh, si seulement nous pouvions avoir des tuiles à double croisement
00:03:12.17 de nombreuses séquences différentes
00:03:14.03 et ils se comporteraient réellement,
00:03:15.22 alors nous pourrions maintenant faire une tapisserie complexe
00:03:18.03 où chacun des éléments
00:03:19.14 a une séquence unique."
00:03:21.16 Et ce que Bryan et ses collègues ont démontré
00:03:24.09 c'est qu'ils pourraient faire ça,
00:03:25.18 mais avec un motif légèrement différent.
00:03:27.25 L'idée est la suivante :
00:03:29.07 donc tu as chacune de tes briques ou tuiles
00:03:31.12 a la même architecture stéréotypée
00:03:33.06 où il a quatre domaines différents.
00:03:35.13 Dans chacun des domaines
00:03:36.24 est un tour d'hélice,
00:03:40.14 environ disons 10 bases de long.
00:03:43.13 Et c'est un polymère flexible,
00:03:45.05 mais dans la tapisserie de conception finale
00:03:47.03 dans lequel il est censé s'auto-assembler,
00:03:49.06 chacune de ces tuiles est censée adopter
00:03:51.16 une orientation très fixe
00:03:53.12 où c'est comme un fer à cheval :
00:03:55.07 la moitié du fer à cheval fait partie d'une double hélice,
00:03:57.22 puis l'autre partie du fer à cheval
00:03:59.09 fait partie d'une deuxième double hélice.
00:04:01.23 Et ils s'assemblent les uns avec les autres
00:04:03.03 en utilisant la règle suivante :
00:04:04.23 que si vous avez, dans votre solution,
00:04:07.11 vous pourriez avoir le domaine 1 de l'une de vos briques ou tuiles
00:04:11.04 va être compatible avec le domaine 3 d'une autre tuile,
00:04:14.09 puis Domaine 2 d'une de vos tuiles
00:04:16.07 va être compatible avec le domaine 4
00:04:18.21 d'une autre des tuiles.
00:04:20.24 Chacune de ces tuiles dans cet assemblage, dans cette tapisserie,
00:04:23.18 a une séquence unique.
00:04:25.05 Il a quatre voisins les plus proches.
00:04:28.02 Donc si vous pouvez concevoir tous ces brins
00:04:30.14 avec la même longueur totale et la même structure,
00:04:32.12 mais chacun avec une séquence différente,
00:04:34.04 et avec les règles de complémentarité des séquences que je viens de décrire,
00:04:37.00 il s'avère que vous pouvez faire ces objets
00:04:40.01 de la taille et de la complexité d'un ADN Origami.
00:04:42.20 Aucune longue mèche requise.
00:04:45.03 Voici une autre représentation de ce motif,
00:04:48.07 une représentation abstraite
00:04:50.01 qui ressemble plus à une brique Lego.
00:04:53.01 Nous avons donc, encore une fois, quatre domaines.
00:04:56.07 Nous avons les domaines 1, 2, 3, puis 4.
00:05:01.11 Et nous pouvons Domaine 4 de l'une de ces tuiles
00:05:03.17 interagit maintenant avec le domaine 2
00:05:05.29 d'une autre tuile,
00:05:07.23 et nous avons les doubles hélices
00:05:09.06 courent dans le coin inférieur gauche
00:05:11.27 et maintenant jusqu'en haut à droite.
00:05:16.00 Il y a une stéréospécificité qui est indiquée
00:05:19.15 par la forme de la clé et du trou,
00:05:22.06 afin que nous puissions, espérons-le, comprendre
00:05:23.28 que la clé et le trou ne peuvent interagir que dans une seule orientation,
00:05:26.18 et qui renforce cette coplanarité des tuiles.
00:05:32.13 Et la base physique réelle, bien sûr,
00:05:34.18 est que chacune de ces interactions est
00:05:36.23 un tour complet de la double hélice.
00:05:38.19 Cela le force à être coplanaire.
00:05:41.16 Et une fois que vous comprenez ces principes,
00:05:43.19 j'espère que vous pouvez voir que si vous aviez un tas de ces tuiles,
00:05:46.15 chacun avec une séquence différente,
00:05:48.02 chacun avec ces complémentarités de séquences
00:05:50.01 entre les bouchons et les trous que j'ai décrits,
00:05:51.25 vous pouvez maintenant assembler vous-même de très grandes tapisseries,
00:05:53.29 en principe,
00:05:55.09 où chaque emplacement de la tapisserie
00:05:57.00 est occupé par une tuile unique.
00:06:00.13 Et ce que Bryan et ses collègues ont démontré, c'est,
00:06:02.15 remarquablement, que cela fonctionne
00:06:04.15 - aucun long brin requis.
00:06:07.06 Alors voici ce qu'ils ont fait
00:06:07.28 ils ont auto-assemblé une structure avec quelque chose
00:06:10.11 de l'ordre de quelques centaines de tuiles uniques,
00:06:13.00 chacun avec une position de conception stéréotypée
00:06:15.16 dans la tapisserie,
00:06:17.03 et ils ont découvert qu'ils pouvaient faire ces
00:06:18.19 avec un rendement assez élevé.
00:06:20.13 Donc à gauche on voit un gel d'agarose
00:06:22.22 où nous pouvons surveiller approximativement la formation de l'objet.
00:06:25.00 U signifie non purifié,
00:06:27.00 et nous avons les blocs de construction initiaux en bas.
00:06:29.15 Vous les cuisinez juste un moment,
00:06:31.29 encore une fois vous faites ce profil de recuit
00:06:33.02 où tu chauffes à 65°C et tu refroidis à température ambiante
00:06:35.12 au cours d'une journée environ,
00:06:37.03 et puis quand vous regardez un gel après une journée,
00:06:39.09 vous pouvez voir une grande partie de ces blocs de construction
00:06:41.17 se sont auto-assemblés en un objet de taille discrète.
00:06:45.06 Bien sûr, il y a aussi des erreurs d'assemblage,
00:06:46.26 c'est de là que viennent les frottis,
00:06:48.29 mais vous pouvez maintenant découper cette bande du gel
00:06:51.28 et puis vous avez une population de molécules
00:06:55.03 qui sont enrichis pour celui que vous voulez vraiment.
00:06:57.16 Et dans leur cas, ils ont ensuite regardé ces objets
00:06:59.18 en utilisant la microscopie à force atomique,
00:07:02.07 et ils disent qu'ils faisaient des rectangles
00:07:04.07 de la forme et de la taille souhaitées.
00:07:08.01 Tout d'abord, c'est tout simplement incroyable que,
00:07:10.12 pour beaucoup d'entre nous, que cela fonctionne.
00:07:12.12 Vous venez de mettre toutes ces séquences ensemble,
00:07:14.00 il n'y a pas de conception de séquence,
00:07:15.19 tous les bouchons et trous ont été conçus
00:07:17.23 en utilisant un générateur de séquence aléatoire,
00:07:19.20 et la méthode fonctionne.
00:07:21.26 L'un des aspects remarquables de cette méthode
00:07:23.27 est que vous pouvez maintenant générer de nouvelles structures
00:07:26.19 simplement en repipetant les ensembles de brins
00:07:28.11 et en omettant les mèches.
00:07:30.09 Par exemple, si nous imaginons pipeter
00:07:32.23 ce rectangle mais nous omettons juste les brins correspondants
00:07:36.00 aux yeux et à la bouche,
00:07:38.03 alors maintenant nous pourrions générer quelque chose
00:07:40.00 comme ce visage souriant.
00:07:44.29 Et on pourrait imaginer, encore une fois, simplement avoir.
00:07:47.25 repipetant ces brins
00:07:49.22 avec différents sous-ensembles
00:07:51.10 et vous pouvez maintenant générer différentes formes
00:07:53.02 de cette façon.
00:07:54.26 Vous pouvez soit pipeter manuellement,
00:07:56.05 ce qui devient fastidieux si vous essayez de construire
00:07:58.20 quelque chose comme la centaine d'objets que le groupe de Peng Yin a démontrés.
00:08:02.00 Quoi de plus efficace,
00:08:03.22 qu'ils ont finalement mis en œuvre,
00:08:05.10 est si vous avez un robot de pipetage
00:08:07.07 qui fait tout le pipetage pour vous.
00:08:10.17 Alors peut-être avec le robot de pipetage standard
00:08:13.01 pipeter les pools pour construire une centaine d'objets différents
00:08:16.09 peut prendre quelques jours,
00:08:18.02 mais cela peut être fondamentalement non supervisé.
00:08:23.29 Et puis vient actuellement beaucoup de travail acharné de l'imagerie,
00:08:27.04 jusqu'à présent, le groupe de Peng et mon groupe
00:08:29.20 -- Je ne connais aucun groupe qui a
00:08:31.03 une plate-forme d'imagerie automatisée pour ces objets --
00:08:34.05 mais après beaucoup de travail sur le microscope à force atomique,
00:08:37.18 on peut voir que quelque chose est fini
00:08:40.07 95% des objets conçus
00:08:42.02 ont en fait pu se replier comme prévu.
00:08:45.24 Nous pouvons donc voir une lettre différente,
00:08:47.00 nous pouvons voir des chiffres,
00:08:48.17 caractères chinois,
00:08:49.22 émoticônes,
00:08:51.27 on peut voir un journaliste, Ed Jong,
00:08:53.24 a été inspiré donc dans Photoshop
00:08:55.27 il a découpé certaines de ces lettres et a fait un message
00:08:58.01 qui dit "Wyss Institute for
00:08:59.22 Ingénierie d'inspiration biologique à l'Université de Harvard".
00:09:03.29 Donc, à l'avenir, nous aimerions pouvoir
00:09:05.15 pour assembler les lettres dans ce genre d'arrangement
00:09:08.11 seuls, sans utiliser Photoshop,
00:09:11.03 mais pour l'instant nous pensons que c'est déjà une avance
00:09:13.04 que nous pouvons au moins faire les lettres.
00:09:16.03 Voici donc un film préparé
00:09:17.15 par Gael McGill qui illustre
00:09:19.29 comment nous imaginons que l'auto-assemblage pourrait se produire.
00:09:23.06 Encore une fois, chacune de ces tuiles a quatre voisins les plus proches,
00:09:26.09 et à un moment donné, il va falloir nucléer,
00:09:29.01 et une fois que vous formez un noyau,
00:09:30.21 nous pensons que cela passera ensuite à la structure plus large.
00:09:34.24 En fait, nous pensons que la clé du succès
00:09:36.24 de cette méthode
00:09:38.12 est que nous avons conçu
00:09:41.27 d'une manière que la nucléation est très lente
00:09:44.22 et la croissance est très rapide.
00:09:46.24 Et de cette façon, c'est un peu comme le contrôle de la population.
00:09:49.20 Que chaque fois que vous formez une graine,
00:09:52.03 alors il y aura un approvisionnement abondant
00:09:54.07 de nourriture ou de blocs de construction
00:09:56.03 pour atteindre sa taille maximale.
00:09:58.08 Je veux dire imaginer une situation
00:09:59.19 où la nucléation était rapide et la croissance était rapide.
00:10:02.21 Ensuite, vous obtiendriez essentiellement la formation de noyaux et de graines
00:10:05.21 partout,
00:10:07.06 et très vite tu épuiserais la piscine
00:10:09.16 de blocs de construction
00:10:12.15 et à ce moment-là tu aurais des ennuis
00:10:13.25 parce que beaucoup de graines seraient devenues
00:10:15.28 structures partielles.
00:10:17.26 Afin de compléter leur croissance,
00:10:19.14 parce qu'il n'y a plus de blocs de construction,
00:10:20.22 ils devraient commencer à se cannibaliser.
00:10:23.08 Nous pensons donc qu'un principe de conception robuste
00:10:26.01 pour l'auto-assemblage programmable
00:10:29.00 est d'essayer de construire votre système de sorte que
00:10:31.28 la nucléation est lente ou contrôlée.
00:10:34.24 Ainsi, nous pouvons voir avec l'origami ADN,
00:10:36.08, nous pouvons maintenant envisager ces longs échafaudages comme des graines contrôlées,
00:10:40.03 que si nous ajoutons un excès de brins de base,
00:10:43.06 alors nous connaissons le nombre de graines
00:10:45.01 est essentiellement le nombre de ces longs brins
00:10:47.11 que nous ajoutons.
00:10:48.20 Et de cette façon, vous ne manquez jamais de blocs de construction.
00:10:51.25 Dans ce cas avec les tuiles simple brin,
00:10:53.24 c'est parce que cet événement de nucléation est lent
00:10:56.27 et la croissance est rapide.
00:11:02.03 D'accord, alors j'étais juste dans la galerie des cacahuètes
00:11:04.27 regarder ce travail incroyable se dérouler dans
00:11:07.02 le laboratoire de mon collègue Peng Yin.
00:11:10.00 Yonggang Ke est un stagiaire postdoctoral dans mon groupe.
00:11:12.08 Luvena Ong est une étudiante diplômée du groupe de Peng Yin.
00:11:15.28 Et Yonggang et Luvena ont décidé
00:11:17.09 ils voulaient collaborer avec Peng
00:11:20.11 et étendez-le en 3 dimensions.
00:11:23.10 C'est donc le travail dont je vais vous parler ensuite.
00:11:25.13 Donc, tout comme nous avons pu étendre l'ADN bidimensionnel Origami
00:11:28.15 en structures solides tridimensionnelles,
00:11:30.17 Yonggang et Luvena ont pu le faire
00:11:32.26 en utilisant des briques simple brin.
00:11:37.19 Il s'avère que le principe de
00:11:39.24 conversion de 2 dimensions en 3 dimensions
00:11:42.09 est extrêmement simple
00:11:44.29 - en principe, si ça marche.
00:11:46.14 Donc dans le coin supérieur gauche
00:11:47.29 nous avons le schéma que je vous ai montré précédemment
00:11:50.09 - les tuiles monobrin bidimensionnelles,
00:11:53.13 où depuis chacun de ces bouchons et trous
00:11:56.08 est exactement un tour de la double hélice,
00:11:58.16 qui applique une géométrie stéréospécifique
00:12:01.21 entre les tuiles de sorte qu'elles soient coplanaires.
00:12:06.06 Mais si vous y réfléchissez,
00:12:08.00 vous pourriez obtenir quelque chose qui n'est pas coplanaire
00:12:09.24 juste en changeant la longueur de ces bouchons et trous,
00:12:12.29 pour qu'ils ne soient plus des nombres entiers
00:12:14.17 de tours de la double hélice.
00:12:15.21 Par exemple, voici ce que Yonggang a fait
00:12:18.25 a-t-il conçu ces bouchons et trous
00:12:20.13 pour n'être que de 8 paires de bases au lieu de 10.
00:12:24.01 Et maintenant 8 paires de bases
00:12:25.23 correspond à environ trois quarts de tour,
00:12:28.23 et parce que c'est trois quarts de tour
00:12:30.16 puis l'interaction stéréospécifique entre ces briques
00:12:33.14 va maintenant former un angle dièdre de 90 degrés.
00:12:37.02 Et nous illustrons cela
00:12:38.25 avec la disposition suivante des bouchons et des trous
00:12:41.15 pour que vous puissiez voir, encore une fois,
00:12:43.04 la clé et le trou de la serrure vont seulement s'emboîter
00:12:45.20 faisant cet angle dièdre de 90 degrés,
00:12:48.11 et c'est dans la réalité physique renforcée par le fait
00:12:51.01 que ce n'est que trois quarts de tour,
00:12:53.14 8 paires de bases en interaction.
00:12:56.00 Passons maintenant à une expérience de pensée
00:12:57.25 qui approfondit cette idée
00:13:00.04 que cet angle dièdre de 90 degrés
00:13:01.27 permet l'auto-assemblage
00:13:03.16 d'une structure cuboïde solide en 3 dimensions.
00:13:06.27 Imaginez que nous ayons dans notre programme de CAO
00:13:09.01 un tas de ces briques simple brin,
00:13:11.28 et la première chose que nous faisons est
00:13:12.24 nous regroupons un tas de ces briques
00:13:15.11 dans ces groupements planaires.
00:13:17.11 Et dans cette représentation,
00:13:18.28 les briques n'interagissent pas réellement les unes avec les autres
00:13:21.06 avec n'importe quel appariement de base,
00:13:22.24 nous les regroupons simplement dans notre programme de CAO
00:13:24.13 à des fins explicatives.
00:13:27.02 L'étape suivante consiste à générer un autre groupement planaire de ces briques,
00:13:30.26 où nous avons maintenant fait pivoter l'orientation des briques
00:13:33.02 de 90 degrés dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.
00:13:34.28 J'espère qu'en regardant le
00:13:37.25 orientation de ces trous de serrure,
00:13:39.19 vous pouvez voir que nous avons fait pivoter l'orientation
00:13:41.04 des briques de 90 degrés dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.
00:13:44.19 Nous pouvons maintenant répéter le processus,
00:13:46.11 un autre 90 degrés dans le sens inverse des aiguilles d'une montre,
00:13:48.06 90 degrés dans le sens inverse des aiguilles d'une montre,
00:13:50.21 puis un autre 90 degrés dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.
00:13:54.25 Maintenant, la prochaine étape est de programmer ces bouchons et trous
00:13:57.16 pour avoir une complémentarité de séquence unique.
00:13:59.29 Ainsi, par exemple, cette prise ici va être complémentaire
00:14:02.26 avec ce trou ici, etc, etc.
00:14:05.18 Encore une fois, chacune de ces briques simple brin
00:14:07.13 a une séquence unique,
00:14:09.08 a quatre voisins les plus proches uniques,
00:14:11.17 et possède la complémentarité de base souhaitée
00:14:15.07 entre ces domaines voisins les plus proches.
00:14:18.07 Et si vous faites cela, j'espère que vous pourrez voir
00:14:19.25 comment vous pourriez auto-assembler ces différents avions
00:14:22.17 dans cette structure cuboïde,
00: 14: 24.26 en fait, vous seriez en train de jeter toutes ces briques à un seul brin
00:14:27.08 ensemble dans une piscine
00:14:28.25 et les faire s'auto-assembler comme avant,
00:14:30.25 mais maintenant en 3 dimensions.
00:14:34.28 De plus, nous pouvons faire abstraction de ce
00:14:36.17 en termes de processus de conception,
00:14:38.23 en termes de toile en 3 dimensions,
00:14:41.23 une toile cuboïde en 3 dimensions,
00:14:44.02 où chacun de ces éléments de volume, ou voxels,
00:14:46.23 correspond à 2,5 nm x 2,5 nm x 2,5 nm.
00:14:50.18 Donc dans ce cas,
00:14:51.19 les doubles hélices fonctionnent à nouveau
00:14:52.25 depuis le coin inférieur gauche
00:14:54.17 dans le coin supérieur droit.
00:14:58.13 Et chacun d'entre eux, encore une fois, c'est 8 paires de bases,
00:15:00.24 qui représente un domaine
00:15:03.09 de chacune de ces briques interagissant les unes avec les autres.
00:15:06.05 Donc, dans l'espace de conception, ce que nous faisons, c'est nous
00:15:07.11 à partir de cette toile cuboïde en 3 dimensions,
00:15:10.09 nous commençons à supprimer les voxels
00:15:12.10 jusqu'à ce que nous nous retrouvions avec un objet en 3 dimensions que nous voulons.
00:15:15.19 Ensuite, nous avons un programme informatique
00:15:17.10 qui compilera cette représentation abstraite de l'élément voxel
00:15:22.11 dans la représentation en brique,
00:15:24.27 donc le programme demandera,
00:15:26.07 "OK, quelle série de briques dois-je enlever
00:15:29.00 afin de me permettre de supprimer
00:15:31.12 éléments de volume individuels."
00:15:34.22 Alors quelle que soit la série de briques
00:15:36.21 qu'il nous reste à pipeter,
00:15:38.20 qui est maintenant traduit en instructions pour le robot de pipetage,
00:15:41.20 qui ira ensuite pipeter des sous-ensembles de brins
00:15:44.04 correspondant à n'importe quel type d'objet
00:15:46.06 que nous voulons construire.
00:15:48.24 Encore une fois, Peng aime le nombre 100,
00:15:52.08 donc Yonggang et Luvena
00:15:55.01 s'est efforcé de construire plus de 100 objets différents,
00:15:57.26 comme avant mais maintenant en 3 dimensions.
00:15:59.27 Cela représente les différents designs qui peuvent être créés,
00:16:02.23 maintenant nous avons des lettres en relief tridimensionnel,
00:16:06.03 nous avons des caractères chinois
00:16:07.25 qui sont inscrits dans des briques/blocs tridimensionnels,
00:16:11.03 même chose avec les nombres.
00:16:13.01 Dans cette rangée ici, c'est une représentation intéressante
00:16:15.18 où maintenant le solide est censé représenter
00:16:19.13 briques que nous avons laissées en dehors de l'assemblage,
00:16:22.22 et le translucide représente les briques que nous avons laissées.
00:16:26.10 Donc, cela signifie que c'est
00:16:27.06 censé s'auto-assembler en un objet solide
00:16:30.09 avec une cavité complètement fermée
00:16:32.15 qui a un arrangement de type toroïdal.
00:16:37.09 Et puis un peu de pipetage a été fait par un robot de pipetage,
00:16:40.10 alors donnez simplement les instructions au robot,
00:16:41.26 reviens dans deux jours, et encore,
00:16:43.21 nous n'avons pas encore de plateforme d'imagerie automatisée,
00:16:45.21 donc il y avait beaucoup de travail impliqué
00:16:49.16 pour générer ce chiffre
00:16:51.14 où nous avons maintenant des micrographies électroniques,
00:16:53.18 de ces différents objets.
00:16:54.21 Ce sont des images de projection,
00:16:57.27 par exemple ici on peut voir un petit vaisseau spatial
00:17:00.24 que nous essayions de concevoir.
00:17:04.09 Voici une animation de Gael McGill
00: 17: 05.27 à la Harvard Medical School
00:17:07.15 qui illustre ce que nous pensons
00:17:09.28 la dynamique de la structure pourrait être.
00:17:15.28 Je vais maintenant passer en revue une série de
00:17:17.24 exemples de différents types de structures,
00:17:19.17 juste pour vous donner, encore une fois, une idée de la généralité.
00:17:22.03 Encore une fois, vous partez de cette toile en 3 dimensions,
00:17:24.02 vous commencez à supprimer des éléments de volume,
00:17:26.08 réduisez-le jusqu'à ce que vous obteniez l'objet que vous voulez.
00:17:31.23 Voici un objet avec cette cavité à l'intérieur
00:17:35.08 Je viens de mentionner.
00:17:36.28 Alors maintenant, quand vous l'imagez en microscopie électronique à transmission,
00:17:40.01 vous allez obtenir des images de projection
00:17:42.00 -- c'est un peu comme des rayons X --
00:17:43.27 donc si vous regardez les particules dans différentes orientations,
00:17:46.13 alors vous vous attendriez à voir des images différentes.
00:17:49.27 Par exemple,
00:17:51.06 vous vous attendriez à voir le "O"
00:17:52.25 si vous regardez de haut en bas,
00:17:54.21 mais si vous regardez de côté,
00:17:56.04 alors vous vous attendriez à voir
00:17:57.26 quelque chose comme ça.
00:18:03.03 Voici un objet, c'est un smiley tridimensionnel.
00:18:06.13 Encore une fois, chacun de ces éléments de volume
00:18:08.11 correspond à 2,5 nm x 2,5 nm x 2,5 nm, 8 paires de bases.
00:18:13.28 Et en regardant d'en haut
00:18:15.11 nous pouvons voir le visage souriant,
00:18:16.22 en regardant de côté
00:18:17.23 alors nous voyons un autre type d'image.
00:18:23.25 Voici un objet conçu pour former
00:18:27.05 un peu comme un dé à 6 faces
00:18:29.29 sauf que c'est un dé de triche
00:18:31.26 et il n'a que 3 chiffres,
00:18:33.16 donc il a différents canaux qui s'entrecroisent
00:18:36.07 à travers l'objet et, encore une fois,
00:18:37.24 selon la face qui atterrit sur la grille,
00:18:39.15 vous vous attendez à voir différentes images.
00:18:42.14 Donc, 1, 2, 3.
00:18:44.22 Tous le même objet,
00:18:45.29 vient d'atterrir dans différentes orientations sur la grille.
00:18:51.13 Voici un objet qui, lorsque vous regardez du haut
00:18:53.17 est censé ressembler à la lettre "B"
00:18:55.15 et quand tu regardes de côté
00:18:56.21 est censé ressembler à la lettre "A".
00:18:58.21 Et encore une fois, c'est quelque chose que nous pouvons voir.
00:19:03.28 Voici un autre objet,
00:19:05.02 ressemble à "C" vu du haut,
00:19:06.15 et "D" sur le côté.
00:19:13.09 Voici un objet avec essentiellement un canal en haut,
00:19:18.03 et si on regarde du haut
00:19:19.28 alors nous pouvons voir ce modèle de canal caractéristique,
00:19:23.16 encore si nous regardons de côté,
00:19:25.10 alors nous pouvons voir que nous n'avons retiré que des brins
00:19:27.07 pour une partie du sommet de l'objet,
00:19:29.16 le fond de l'objet reste solide.
00:19:34.12 Pour les structures bidimensionnelles,
00: 19: 36.02 Le groupe de Peng a développé un logiciel
00:19:38.05 qui leur permet de concevoir rapidement
00:19:39.24 la forme qu'ils veulent.
00:19:41.15 Vous pouvez donc commencer à partir d'une sorte d'image
00:19:43.12 que vous téléchargez dans le logiciel,
00:19:45.14 le logiciel fera la détection des contours
00:19:47.28 et ensuite déterminer où sont les limites
00:19:48.23 de l'objet sont,
00:19:50.20 puis basé sur cet algorithme
00:19:53.25 le programme peut déterminer automatiquement
00:19:55.24 quels brins inclure dans l'auto-assemblage,
00:19:57.29 lesquels laisser de côté.
00:20:03.23 Pour les structures tridimensionnelles,
00:20:05.27 c'est quelque chose qui est toujours en cours,
00: 20: 07.11 mais ce que Yonggang a fait, c'est qu'il a pris
00:20:10.01 son programme de rendu tridimensionnel préféré,
00:20:12.24 lui a dit de rendre cette série d'éléments de volume,
00: 20: 15.22 et ensuite ce qu'il fait maintenant en temps réel
00: 20: 17.18 est-il en train de creuser des canaux dans cette structure cuboïde,
00:20:22.20 donc il ne fait que supprimer des chaînes.
00:20:25.23 En temps réel on peut le voir créer deux canaux qui s'entrecroisent
00:20:29.00 qui sont orthogonaux.
00:20:32.24 Et cela vous donne l'impression que,
00:20:34.15 en quelques minutes,
00:20:36.06 vous pouvez maintenant concevoir n'importe quelle structure que vous voulez,
00:20:38.12 ressemble beaucoup à ce que fait un sculpteur.
00:20:41.04 Mais cela va prendre un certain temps pour le robot de pipetage
00:20:43.08 pour pipeter tous les brins,
00:20:44.23 pour que le pliage se produise,
00:20:46.09 et ensuite pour l'imagerie,
00:20:48.02 ça va prendre un peu de temps
00:20:50.08 jusqu'à ce que nous ayons une plate-forme automatisée pour cela.
00:21:01.01 Alors juste pour récapituler,
00:21:02.12 nous avons une phase de conception
00:21:04.04 où nous partons de notre toile
00:21:05.24 -- Toile en 2 dimensions/3 dimensions --
00:21:08.01 nous découvrons laquelle des briques
00:21:11.05 nous voulons inclure/exclure.
00:21:13.06 Cela est converti par le logiciel en instructions de pipetage pour le robot.
00:21:16.19 Le robot fait sa chose.
00:21:18.16 Et puis nous chauffons et refroidissons les brins
00:21:20.28 au cours d'une journée,
00:21:22.09 ou plus pour les objets plus compliqués,
00:21:25.09 et puis nous les regardons en utilisant la microscopie à force atomique
00:21:28.07 ou microscopie électronique à transmission.
00:21:33.06 C'est toujours agréable d'avoir plus de films
00:21:34.19 pour que nous puissions voir le robot de pipetage en action.
00:21:42.01 Et nous pouvons envisager, espérons-le
00:21:44.21 un jour pas trop loin de maintenant où tout est automatisé,
00:21:47.21 pour que nous puissions simplement concevoir les objets
00:21:49.28 et tout le reste sera géré automatiquement,
00:21:52.20 y compris l'imagerie.
00:21:53.29 Cela pourrait constituer une ressource formidable pour les étudiants qui,
00:21:58.04 s'ils peuvent aller en ligne,
00:21:59.18 soumettre leurs créations en ligne
00:22:01.01 et alors peut-être qu'il y a une chance
00:22:02.28 qu'un laboratoire construira réellement l'objet dans le laboratoire
00:22:06.00 et ensuite l'étudiant peut voir son objet,
00:22:08.23 une micrographie électronique
00:22:10.15 ou une micrographie à force atomique
00:22:11.24 de l'objet qu'ils ont conçu.
00:22:14.02 Pour résumer jusqu'ici,
00:22:15.22 maintenant nous avons une deuxième méthode qui nous permet de
00:22:18.14 générer des objets qui sont
00:22:20.20 environ deux fois la masse d'un ribosome ou plus,
00:22:23.20 qui vient d'être publié l'année dernière
00:22:25.02 du laboratoire de Peng Yin,
00:22:27.29 Tuiles et briques d'ADN maintenant,
00:22:29.29 qui ne nécessite pas une longue mèche.
00:22:33.06 Et pour certaines applications, vous pouvez imaginer
00:22:35.02 avec cette capacité de chevauchement,
00:22:37.05 vous pouvez choisir arbitrairement celui que vous souhaitez sélectionner.
00:22:40.22 Cependant, quand on regarde de plus près
00:22:42.04 on pourrait imaginer que les méthodes indépendantes
00:22:44.13 peut avoir des avantages différents selon l'application.
00:22:48.18 Par exemple, avec DNA Origami,
00:22:50.18 nous avons remarqué jusqu'à présent que les assemblages
00:22:52.15 semblent être plus rapides.
00:22:53.27 Donc, bien que cette longue mèche ne semble pas absolument nécessaire,
00:22:57.07 nous pourrions imaginer que cela aide à accélérer les choses
00:22:59.24 en saisissant les brins individuels
00:23:01.08 et les rapprocher plus rapidement.
00:23:04.08 Un deuxième avantage est que
00:23:05.22 nous pensons que l'ADN Origami,
00:23:07.24 au moins comment il est actuellement constitué,
00:23:09.12 pourrait être thermodynamiquement plus stable
00:23:11.11 pour que ce long fil traverse tout l'objet.
00:23:14.06 On pourrait imaginer l'expérience de pensée de
00:23:15.11 et si on partait des tuiles ADN
00: 23: 17.19 et puis j'ai juste commencé à ligaturer certaines de ces tuiles ou briques ensemble
00:23:20.15 pour faire un long brin.
00:23:21.28 Ensuite, il devrait être plus stable,
00:23:24.05 donc de cette façon nous imaginons l'ADN Origami
00:23:26.05 a plus de liens entre les brins,
00:23:27.29 brin plus long,
00:23:29.08 alors il devrait être plus stable,
00:23:30.29 au moins actuellement.
00:23:32.15 Et enfin on peut imaginer que DNA Origami
00:23:34.20 peut probablement offrir une plus grande résistance mécanique,
00:23:37.20 que si vous avez ce long brin d'échafaudage
00:23:39.22 sillonne toute la structure,
00:23:42.17 maintenant vous devez rompre les liaisons covalentes, probablement,
00:23:44.26 afin de vraiment perturber l'objet.
00:23:46.25 Alors qu'avec l'objet tuile d'ADN,
00:23:48.22 maintenant si vous pouviez imaginer créer une facette, une cassure
00:23:52.22 sans avoir à rompre les liaisons covalentes.
00:23:56.05 Quels sont donc les avantages potentiels de
00:23:57.25 Tuiles ou briques d'ADN sur Origami ?
00:24:00.04 Eh bien, la première est que la conception est plus modulaire,
00:24:02.08 cela correspond plus à notre intuition de la façon dont les briques Lego
00:24:06.17 peut être conçu.
00:24:08.23 C'est conceptuellement plus simple
00:24:10.13 et c'est généralement quelque chose qui est souhaitable.
00:24:13.12 Souvent, lorsque le processus de conception est plus simple
00:24:15.12 alors ça va être plus polyvalent
00:24:17.24 et plus puissant.
00:24:19.11 Ce sera mieux pour enseigner aux étudiants comment cela fonctionne.
00:24:23.06 Et enfin, les tuiles ADN offrent le
00:24:26.05 avantage de la diversité synthétique,
00:24:28.05 parce que tous ces éléments sont des brins courts
00:24:31.10 et ils sont accessibles grâce à la chimie de synthèse,
00:24:34.05 ce qui signifie que nous pouvons mettre n'importe quel type d'analogue nucléosidique
00:24:36.11 que nous voulons là-dedans,
00:24:38.06 en supposant qu'il s'agit toujours de paires de bases,
00:24:39.27 alors qu'avec l'ADN Origami,
00:24:41.07 parce qu'il s'appuie sur ce long brin unique,
00:24:44.10 actuellement notre seul moyen de générer ces très longs brins simples
00:24:46.17 est enzymatique,
00:24:48.19 et donc nous sommes limités à ces nucléosides triphosphates
00:24:51.06 qui sont reconnus par les ADN polymérases.
00:24:54.25 Alors, où cela pourrait-il être potentiellement avantageux ?
00:24:56.24 Disons que vous essayez de
00:24:58.06 auto-assembler un véhicule de livraison de médicaments.
00:25:01.16 Peut-être que si vous le construisiez avec DNA Origami,
00:25:03.11 tu commencerais à t'inquiéter, eh bien,
00:25:05.14 peut-être que les nucléases vont digérer mon long brin.
00:25:08.14 Peut-être que ma longue mèche va
00:25:09.28 déclenche une réponse immunitaire innée.
00:25:12.21 Mais si c'est mon souci,
00:25:14.11 alors peut-être que je devrais penser à concevoir le même type de structure,
00:25:17.13 mais avec des briques d'ADN,
00:25:18.25 où je peux utiliser, disons, des blocs de construction à image miroir
00:25:21.15 qui sont résistants aux nucléases
00:25:23.18 et qui ne sont pas reconnus par la réponse immunitaire innée.
00:25:27.14 Ce que nous avons trouvé, c'est que, encore une fois,
00:25:28.21 pour ces objets discrets,
00:25:30.13 peut-être que les performances des deux méthodes sont similaires,
00:25:32.26 mais où la méthode de la brique ADN semble vraiment briller
00:25:36.00 est dans la construction de structures périodiques.
00:25:38.13 Donc ce que nous avons fait ici est.
00:25:40.02 ce que Yonggang a fait est
00:25:41.19 il a programmé le côté droit
00:25:43.15 de cette cellule unitaire légèrement ombrée
00:25:45.20 pour avoir des extrémités collantes complémentaires
00:25:47.24 sur le côté gauche,
00:25:49.17 ou des bouchons et des trous complémentaires devrais-je dire,
00:25:51.25 et bouchons et trous complémentaires
00:25:53.02 du front end et du back end.
00:25:55.21 Et maintenant, ce qui va se passer est
00: 25: 57.09 que cette cellule unitaire ne s'arrêtera pas avec un objet discret,
00:25:59.19 il va en fait polymériser
00:26:01.23 dans un réseau à 2 dimensions.
00:26:03.20 De plus, ce n'est pas le cas.
00:26:05.12 nous ne pensons pas qu'il se forme hiérarchiquement
00:26:07.02 - ce n'est pas que vous formez un tas de cellules unitaires
00:26:08.22 et ces cellules unitaires s'assemblent.
00:26:10.13 Nous pensons plutôt que l'assemblée
00:26:12.03 grandit petit à petit.
00:26:14.01 Donc chaque brique individuelle
00:26:15.06 s'ajoute un par un.
00:26:17.24 Et de cette façon, en regardant cette assemblée périodique,
00:26:20.04 en fait, si vous y réfléchissez
00:26:22.02 -- une expérience de pensée --
00:26:23.27 la définition de la cellule unitaire maintenant
00:26:25.25 est un peu arbitraire,
00:26:27.13 parce que nous pourrions tout aussi bien dessiner
00:26:28.29 une cellule unitaire reliant ces quatre coins.
00:26:31.06 C'est équivalent avec ces structures périodiques.
00:26:34.28 Quoi qu'il en soit, l'important est que
00:26:36.09 cette méthode de brique simple brin
00:26:37.29 semble nous donner de meilleures performances
00:26:39.18 dans le tube à essai
00:26:40.23 pour créer ces structures périodiques.
00:26:43.08 C'est donc un design assez remarquable
00:26:45.14 qui a été développé par Yonggang,
00:26:47.19 où les hélices pointent vers le haut
00:26:49.28 hors du plan du cristal d'ADN
00:26:52.11 et la cellule unitaire a des dimensions de
00:26:54.21 6 hélices x 6 hélices,
00:26:56.12 donc environ 15 nm x 15 nm.
00:27:01.16 Et dans cet exemple particulier,
00:27:03.01 il a conçu une cavité dans la cellule unitaire
00:27:05.19 d'une hélice 2x2, hélices qui manquent.
00:27:09.10 Et puis ce que cela va faire, c'est maintenant
00:27:10.18 s'auto-assemble en un cristal qui,
00:27:13.03 où encore la cellule unitaire a des dimensions d'environ 15 nm,
00:27:15.20 les dimensions des trous d'environ 5 nm,
00:27:17.27 et le cristal entier peut atteindre
00:27:19,29 plusieurs microns de dimension.
00:27:22.24 Nous pensons que ce genre de structures
00:27:24.15 pourrait avoir une application comme modèle
00:27:26.29 pour peut-être cultiver des matériaux inorganiques
00:27:29.16 pour fabriquer des fils moléculaires
00:27:31.06 et appareils plasmoniques.
00:27:32.29 Nous pensons que cela pourrait également avoir une application en biologie
00:27:35.16 pour quelque chose comme la cristallographie hôte-invité
00:27:38.04 que Ned Seeman envisageait.
00:27:40.11 Dans cet exemple, ce serait en deux dimensions,
00:27:42.24 et si nous pouvions obtenir des protéines membranaires
00:27:45.03 s'assembler dans des orientations stéréotypées
00:27:47.26 et emplacements
00:27:49.05 dans ces cavités
00:27:50.27 et utilisez le cristal d'ADN
00:27:52.14 afin d'imposer cet ordre cristallin
00:27:53.18 sur ces protéines.
00:27:55.10 Cela pourrait être un moyen d'accélérer la recherche en biologie structurale.
00:28:00.00 Voici quelques exemples supplémentaires de
00:28:01.29 cristaux bidimensionnels périodiques.
00:28:03.21 Dans ce cas, ce que fait Yonggang est
00:28:05.27 il polymérise dans le sens des hélices,
00:28:09.10 donc encore une fois, chaque cylindre est une double hélice,
00:28:14.24 et nous pouvons voir ces canaux précis.
00:28:16.11 C'est la même histoire que pour les objets discrets,
00: 28: 18.15 il commence juste à partir d'une cellule unitaire cuboïde solide
00:28:21.15 puis supprime les brins afin de créer
00:28:23.22 les caractéristiques de la cavité,
00:28:25.14 et peut ainsi créer
00:28:27.01 un ensemble de cristaux extrêmement diversifié
00:28:29.04 avec des fonctionnalités complexes.
00:28:31.06 Ce n'est fondamentalement pas accessible
00:28:33.28 en utilisant toute autre méthode connue.
00:28:35.27 C'est donc un exemple intéressant où ce qu'il a fait était
00:28:37.23 il a fait un cristal très réfléchi qui n'était que
00:28:40.19 Je crois que 32 paires de bases en hauteur,
00:28:43.07 et maintenant il s'est avéré avec son design,
00:28:46.11 la structure ne voulait plus être plane,
00:28:48.21 mais avait plutôt tendance
00:28:50.16 à enrouler pour faire un tube.
00:28:53.19 Et nous pouvons voir ces nanotubes
00:28:55.07 qui ont une apparence qui rappelle quelque peu
00:28:57.27 d'assemblages biologiques tels que.
00:28:59.25 c'est un virus de la mosaïque du tabac.
00:29:02.29 Bien sûr, cet objet est entièrement fait d'ADN
00:29:04.29 - ce n'est pas infectieux.
00:29:10.07 Yonggang et Wei Sun dans le laboratoire de Peng Yin
00:29:12.16 ont continué à utiliser ces cristaux
00:29:15.00 pour modèler l'auto-assemblage
00:29:16,25 de nanoparticules d'or sur eux.
00:29:18.16 Encore une fois, potentiellement pour l'électronique
00:29:20.05 ou des applications de type photonique.
00:29:22.16 Et donc ce qu'ils ont fait ici c'est qu'ils ont décoré
00:29:23.24 Particules d'or de 5 nm avec colle simple brin,
00:29:30.08 et puis ils ont la colle complémentaire
00:29:31.24 qui tapissent l'intérieur de ces canaux,
00:29:34.15 et de cette façon, ils peuvent obtenir des densités élevées
00:29:36.12 de ces particules d'or dans ces canaux.
00:29:39.10 Ici, ce qu'ils ont fait c'est qu'ils ont juste
00:29:41.09 enduit toute la surface d'une haute densité
00:29:44.04 de ces nanoparticules d'or de 5 nm.
00:29:52.03 Je dois mentionner que bien que DNA Origami
00:29:54.08 n'est pas aussi bon que les briques d'ADN
00:29:56.08 pour la fabrication de ces structures bidimensionnelles,
00:29:58.01 il a une certaine capacité de le faire.
00:30:00.07 C'est donc un travail de Yonggang
00:30:01.23 que nous n'avons pas publié
00:30:03.08 où il a construit ces blocs de construction en nid d'abeille,
00:30:08.00 blocs de construction hexagonaux qui s'auto-assemblent
00:30:10.08 dans un cristal hexagonal
00:30:11.24 qui a des dimensions similaires à ce que je vous ai montré auparavant
00:30:14.01 - quelques microns x quelques microns.
00:30:16.24 Et le groupe de Ned Seeman a publié un très bel ouvrage
00:30:19.21 dans lequel ils ont conçu un bloc de construction
00:30:21.17 qui ressemble un peu à deux couches
00:30:24.13 Origami à la Rodeman
00:30:26.29 et nous avons pu l'auto-assembler
00:30:29.11 dans un tableau rectangulaire,
00:30:30.23 encore quelques microns x quelques microns.
00:30:33.07 Mais je voudrais souligner qu'avec DNA Origami
00:30:35.22 ce ne sont que quelques cas idiosyncratiques
00:30:39.00 où nous avons réussi
00:30:40.22 pour construire ces très gros cristaux,
00:30:42.24 mais avec les briques simple brin,
00:30:44.12 il semble que la plupart des choses que nous essayons fonctionnent,
00:30:46.29 et c'est juste beaucoup, beaucoup plus facile à concevoir.
00:30:48.24 Vous oubliez juste quelques mèches
00:30:49.29 et maintenant vous avez un nouveau cristal.
00:30:52.28 Jusqu'à présent, ce que nous avons observé
00:30:54.17 est que les cristaux de brique d'ADN semblent être plus robustes
00:30:57.29 que les cristaux d'ADN Origami échafaudés.
00:31:00.16 Avec les cristaux Origami,
00:31:02.01 nous n'avons que quelques cas
00:31:03.06 où cela semble avoir fonctionné.
00:31:04.17 Avec les cristaux de brique d'ADN,
00:31:05.22 c'est très simple pour nous de juste
00:31:07.00 omettre certains brins
00:31:08.14 et fabriquez un nouveau cristal,
00:31:10.05 et quelque chose de plus rigide, de meilleure qualité.
00:31:13.01 Alors j'espère que dans le futur
00:31:15.00 nous pouvons développer des méthodes pour améliorer les cristaux d'ADN Origami,
00:31:18.03 mais en attendant, nous pouvons spéculer sur pourquoi, actuellement,
00:31:22.09 les cristaux de briques d'ADN se forment mieux.
00:31:24.24 Nous pouvons donc faire l'expérience de pensée qui peut-être,
00:31:27.04 pour le cristal DNA Origami,
00:31:28.24 vous pouvez imaginer soit préformer les cellules unitaires.
00:31:32.25 vous pourriez imaginer préformer les cellules unitaires
00:31:34.17 et maintenant vous les mélangez,
00:31:36.04 et le problème est que parce que les cellules unitaires sont si grandes,
00:31:39.07 il peut être très difficile d'obtenir des assemblages réversibles.
00:31:41.29 Donc, vous établissez tant de contacts avec le réseau croissant
00:31:44.03 qu'il est difficile de se déloger.
00:31:45.24 Et notez que c'est le même genre de difficulté
00: 31: 47.21 qui empoisonne la cristallographie macromoléculaire,
00:31:50.20 qu'il devient très difficile de cristalliser de grands complexes
00:31:53.15 pour cette raison, entre autres.
00:31:57.18 Comparons cela avec la croissance cristalline de la brique d'ADN,
00:32:00.05 où se produit la croissance
00:32:02.29 à travers ces éléments très courts
00:32:04.23 qui ne font que 32 bases.
00:32:06.20 Et parce qu'ils sont si courts,
00:32:07.27 c'est très facile pour eux d'entrer, de sortir.
00:32:10.02 S'il y a une erreur, il a une chance de partir.
00:32:12.27 Mais comme il existe de nombreux types de briques,
00:32:15.22 vous pouvez toujours obtenir une cellule unitaire très compliquée.
00:32:19.03 C'est presque comme si vous pouviez avoir votre gâteau et le manger aussi.
00:32:22.04 Vous pouvez avoir une cellule unitaire très complexe,
00:32:24.04 mais il assemble un sous-composant à la fois,
00:32:27.06 donc vous obtenez toujours cet auto-assemblage réversible
00:32:30.01 qui semble être critique pour la croissance robuste d'un cristal.
00:32:38.19 Donc en conclusion,
00:32:39.29 ce que nous avons vu du laboratoire de Peng Yin
00:32:42.03 au cours des deux dernières années,
00:32:43.29 nous avons également collaboré pour les aider sur ce point,
00:32:46.12 est une nouvelle méthode fantastique pour les structures d'auto-assemblage
00:32:50.10 qui ont la taille d'un ribosome ou peut-être même plus.
00:32:53.17 Nous pouvons les construire en 2 dimensions,
00:32:54.27 nous pouvons les construire en 3 dimensions.
00:32:57.03 À l'heure actuelle, il semble qu'il y ait
00:32:58.21 un avantage particulier avec ces briques monobrin
00:33:01.07 dans des structures périodiques en croissance,
00:33:03.13 et nous pensons que cela pourrait avoir des applications importantes
00:33:06.01 allant de l'électronique moléculaire à la photonique
00:33:08.20 à la biologie structurale.


Auto-assemblage d'origami d'ADN à l'aide de nanorubans d'ADN basés sur l'amplification par cercle roulant

Au cours du développement de la nanotechnologie structurelle de l'ADN, l'émergence de l'origami ADN échafaudé est merveilleuse. Il utilise la spécificité inhérente à la double hélice d'ADN de l'appariement de bases Watson-Crick et des caractéristiques structurelles pour créer des structures d'auto-assemblage à l'échelle nanométrique présentant le caractère adressable. Cependant, l'assemblage de l'origami ADN est désordonné et imprévisible. Ici, nous présentons une nouvelle stratégie pour assembler l'origami d'ADN en utilisant des nanorubans d'ADN basés sur l'amplification en cercle tournant comme lieurs. Tout d'abord, l'ADN monocaténaire long de Rolling Circle Amplification est recuit avec plusieurs agrafes pour former des sortes de nanorubans d'ADN avec des surplombs. Par la suite, l'origami rectangle est formé avec des brins d'agrafes en surplomb à n'importe quel bord qui s'hybrideraient avec les nanorubans d'ADN. En les mélangeant, nous illustrons l'assemblage unidimensionnel voire bidimensionnel de l'origami ADN avec une bonne orientation.

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Comment l'ADN Origami manipule les protéines pour la bio-ingénierie

La manipulation physique de structures microscopiques et de protéines permet aux scientifiques de modifier la biologie cellulaire.

Pour la plupart, cette approche à petite échelle fournit un lien vital entre les réponses naturelles des cellules et l'intervention médicale. Cette approche pourrait ouvrir de nouvelles opportunités en biologie cellulaire, biotechnologie et médicament.

Au cœur de tout cela se trouve l'origami ADN. Cette technique récente de création de structures hybrides utilise l'ADN et les protéines pour former de nouveaux composants plus bénéfiques. C'est l'œuvre de Florian Praetorius et du professeur Hendrik Dietz de l'Université technique de Munich et ne manquera pas de se reproduire ailleurs.

Qu'est-ce que l'origami ADN et pourquoi est-ce une percée si importante ?

DNA Origami est le terme non scientifique pour l'acte de plier et de manipuler des protéines et des brins d'ADN.

Les chercheurs prennent ces éléments et les reconstruisent en de toutes nouvelles structures. Cela signifie que les scientifiques peuvent désormais réassembler et créer de nouveaux blocs de construction biologiques. Ils ne plient pas un matériau pour faire quelque chose de complexe et de beau, comme faire une grue en papier.

Ces éléments sont encore beaux à leur manière, mais ce n'est pas le but principal ici. Au lieu de cela, ils le plient pour rendre quelque chose de fonctionnel au niveau moléculaire. Ceci est important dans les domaines biotechnologiques.

Il y avait autrefois des limitations dans la création de structures par synthèse chimique. Aucune construction ne pouvait avoir lieu dans un environnement biologique, du moins jusqu'à présent.

Cette technique de pliage et d'« origami » est avant tout le résultat d'« agrafes » naturelles.

Au lieu de manipuler ces formes de manière invasive, cette nouvelle méthode de pliage crée des formes à l'intérieur des cellules grâce à un codage génétique. Il s'agit de prendre deux parties du brin d'ADN et de les connecter ensemble pour créer ce pli, plutôt que le pli lui-même. Les concepteurs parlent d'« agrafage ».

C'est peut-être une façon un peu trompeuse de dire le processus physique, mais c'est encore un terme plus juste pour cette liaison biologique.

Ce qui se passe ici, c'est que les chercheurs apportent des variantes synthétiques de bactéries - connues sous le nom de protéines TAL. Ces protéines sont des composants naturellement actifs qui vont cibler les zones d'intérêt du brin d'ADN et les relier entre elles.

Les protéines TAL manipulées par ingénierie ciblent des zones spécifiques pour former ces formes complexes.

L'avantage supplémentaire ici est que ces protéines effectuent le travail à l'intérieur de la cellule. Cela signifie que tout se produit après la synthèse chimique et la production de protéines.

Un manque de synthèse chimique signifie également une interaction humaine minimale au-delà de la programmation génétique initiale. Les éléments proviennent des alvéoles et sont assemblés de manière autonome. Cela ouvre des portes à la manipulation moléculaire au sein des cellules et à de nouvelles conceptions de structure.

Cette reliure et cet agrafage sont ensuite utilisés de manière à créer de nouvelles structures diverses et complexes.

Un site de liaison et une agrafe fournissent une forme de reformation des protéines pour un nouvel objectif. Les chercheurs n'ont pas à s'arrêter à un site ou à une forme de protéine par structure.

Avec la méthode de pliage perfectionnée, les chercheurs peuvent l'utiliser de plusieurs manières. Plus il y a de sites de liaison dans ces cellules, plus il y a d'opportunités de manipuler la structure et d'en créer de nouvelles.

En plus de cela, ces protéines « de base » peuvent également agir comme des ancres, où tous les brins peuvent s’attacher. Cette fusion génétique peut permettre à des protéines supplémentaires de se fixer à l'ADN - soit d'autres brins d'ADN, soit d'autres composants utiles. Cela complique encore la conception et permet une gamme plus diversifiée de nouvelles structures.

Pourquoi tout cela est-il si important dans la recherche génétique et la biomécanique ?

L'origami d'ADN n'est pas une simple astuce qui permet aux scientifiques de jouer avec les formes et de créer de belles images microscopiques. Alors que la masse repliée des protéines est attrayante sur son chemin, il y a un élément possible ici.

Espérons que cette nouvelle technique pourrait modifier la façon dont nous lisons le code génétique et traitons l'information génétique. Les gènes pourraient alors être cachés ou exposés, selon leur valeur ou leur détriment pour la cellule.

L'utilisation de la manipulation de protéines pourrait aider à stimuler la réponse immunitaire dans les cellules. Cela créerait de nouvelles opportunités pour aider les problèmes auto-immuns et la prévention des maladies.

De plus, il est possible que cela améliore les processus biotechnologiques. Il semble que cette technique de pliage pourrait avoir beaucoup de potentiels inexploités.


ADN Origami

Vous pouvez reconnaître l'ADN comme l'une des structures biologiques les plus connues. Mais quelle meilleure façon de comprendre les véritables rebondissements, virages et règles de l'appariement de base que de créer votre propre modèle d'origami 3D ?

La forme la plus courante de l'ADN dans les cellules vivantes est une double hélice droite appelée ADN-B. Cette structure a été proposée pour la première fois par Francis Crick et James Watson, sur la base des résultats de près de deux ans de travail et en partie sur les données de diffraction des rayons X de leurs collègues Maurice Wilkins et Rosalind Franklin. La version téléchargeable que nous avons créée est la version pour droitier.

Cependant, l'ADN peut aussi former deux autres formes !

L'ADN-A est également une structure hélicoïdale droite, mais il est plus court et plus large, et se trouve généralement dans des échantillons d'ADN déshydratés. L'ADN-Z est une autre version inhabituelle, où l'ADN prend une forme gaucher. C'est une phase temporaire, existant en réponse à certaines activités cellulaires, comme lorsque certains gènes sont transcrits en protéines.

Téléchargez les fiches d'instructions pour savoir comment faire le modèle ou visionnez la vidéo.


L'origami ADN est basé sur un design créé par Alex Bateman de EMBL-EBI.


Origami d'ADN : ADN plié comme matériau de construction pour les dispositifs moléculaires

Les êtres vivants utilisent l'ADN pour stocker les informations génétiques qui rendent chaque plante, bactérie et être humain unique. La reproduction de ces informations est rendue possible parce que les nucléotides de l'ADN&mdashA&T&39s, G&39s et C&mdash s'emboîtent parfaitement, comme des pièces de puzzle assorties. Les ingénieurs peuvent tirer parti de la correspondance entre de longs brins de nucléotides d'ADN pour utiliser l'ADN comme une sorte d'origami moléculaire, le pliant dans tout, des illustrations de visage souriant à l'échelle nanométrique aux dispositifs d'administration de médicaments sérieux.

Le mercredi 25 mai à 20h à Beckman Auditorium, Paul Rothemund (BS ྚ), l'inventeur de la technique de l'origami ADN, expliquera comment son groupe et des groupes du monde entier utilisent l'origami ADN dans des applications allant des traitements potentiels contre le cancer aux appareils informatiques. Rothemund est professeur-chercheur en bio-ingénierie, informatique et sciences mathématiques, et calcul et systèmes neuronaux à la Division de l'ingénierie et des sciences appliquées de Caltech. L'entrée est gratuite.

Que fais-tu?

J'utilise l'ADN et l'ARN comme matériaux de construction pour créer des formes et des motifs avec une résolution de quelques nanomètres seulement. Les plus petites caractéristiques des structures d'ADN que nous fabriquons sont environ 20 000 fois plus petites que les pixels des écrans d'ordinateur les plus sophistiqués, qui mesurent chacun environ 80 microns de diamètre. Une grande partie de notre travail au cours des 20 dernières années a simplement consisté à déterminer comment faire en sorte que les brins d'ADN ou d'ARN se replient dans la forme souhaitée conçue par ordinateur. Au fur et à mesure que nous maîtrisons la capacité de créer la forme ou le motif que nous désirons, nous sommes passés à l'utilisation de ces formes comme "panneaux perforés" pour organiser d'autres objets de taille nanométrique, tels que des enzymes protéiques, des transistors à nanotubes de carbone et des molécules fluorescentes.

Pourquoi est-ce important?

Chaque tâche de votre corps, de la digestion des aliments au déplacement de vos muscles en passant par la détection de la lumière, est alimentée par de minuscules machines biologiques à l'échelle nanométrique, toutes construites de bas en haut via le repliement automatique de molécules telles que les protéines et les ARN. Les milliards de transistors qui composent les puces de nos téléphones portables et de nos ordinateurs mesurent des dizaines de nanomètres, mais ils sont construits de manière "top down" à l'aide de procédés d'impression sophistiqués dans des usines de plusieurs milliards de dollars. Notre objectif est d'apprendre à construire des dispositifs artificiels complexes de la même manière que la biologie en construit des naturels, c'est-à-dire à partir de molécules auto-pliantes qui s'assemblent en structures plus grandes et plus complexes. En plus de dispositifs beaucoup moins chers, cela permettra des applications complètement nouvelles, telles que des machines moléculaires artificielles qui peuvent prendre des décisions thérapeutiques complexes et appliquer des médicaments uniquement là où cela est nécessaire.

Comment êtes-vous entré dans ce métier ?

En tant qu'étudiant de premier cycle à Caltech, j'ai eu beaucoup de mal à décider comment combiner mes divers intérêts en informatique, en chimie et en biologie. Heureusement, feu Jan L. A. van de Snepscheut a présenté à sa classe d'informatique l'idée hypothétique de construire une machine à ADN de Turing et une machine très simple qui peut néanmoins exécuter tous les programmes informatiques possibles. Il nous a mis au défi, suggérant que quelqu'un connaissant à la fois la biochimie et l'informatique pourrait trouver un moyen concret de construire un tel ordinateur à ADN. Pour une classe de projet en théorie de l'information avec Yaser Abu-Mostafa, professeur d'ingénierie électrique et d'informatique, j'ai trouvé un moyen assez inefficace, mais possible, de le faire. À l'époque, je ne pouvais intéresser aucun professeur de Caltech à la construction de mon ordinateur à ADN, mais peu de temps après, le professeur de l'USC, Len Adleman, a publié un article sur un ordinateur à ADN plus pratique en Science. J'ai rejoint le laboratoire d'Adleman à l'USC en tant qu'étudiant diplômé, et depuis j'essaie d'utiliser l'ADN pour construire des ordinateurs ou d'autres appareils complexes. Je suis revenu à Caltech en tant que post-doctorant en 2001 et suis devenu enseignant-chercheur en 2008.