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Die erste DNA-Maschine wurde im Jahr 2000 gebaut und besaß die Funktion einer molekularen [[Pinzette]].<ref>H. Yan, X. Zhang, Z. Shen, N. C. Seeman: ''A robust DNA mechanical device controlled by hybridization topology.'' In: ''Nature.'' Band 415, Nummer 6867, Januar 2002, S. 62–65, {{DOI|10.1038/415062a}}, PMID 11780115.</ref><ref>C. Zhou, Z. Yang, D. Liu: ''Reversible regulation of protein binding affinity by a DNA machine.'' In: ''Journal of the American Chemical Society.'' Band 134, Nummer 3, Januar 2012, S. 1416–1418, {{DOI|10.1021/ja209590u}}, PMID 22229476.</ref> Bei der Erzeugung einer DNA-Maschine wird – analog zum [[DNA-Origami]] – die [[Hybridisierung (Molekularbiologie)|Hybridisierung]] abschnittsweise überlappender komplementärer [[DNA]]-Stränge verwendet, um dreidimensionale Strukturen zu formen. | Die erste DNA-Maschine wurde im Jahr 2000 gebaut und besaß die Funktion einer molekularen [[Pinzette]].<ref>H. Yan, X. Zhang, Z. Shen, N. C. Seeman: ''A robust DNA mechanical device controlled by hybridization topology.'' In: ''Nature.'' Band 415, Nummer 6867, Januar 2002, S. 62–65, {{DOI|10.1038/415062a}}, PMID 11780115.</ref><ref>C. Zhou, Z. Yang, D. Liu: ''Reversible regulation of protein binding affinity by a DNA machine.'' In: ''Journal of the American Chemical Society.'' Band 134, Nummer 3, Januar 2012, S. 1416–1418, {{DOI|10.1021/ja209590u}}, PMID 22229476.</ref> Bei der Erzeugung einer DNA-Maschine wird – analog zum [[DNA-Origami]] – die [[Hybridisierung (Molekularbiologie)|Hybridisierung]] abschnittsweise überlappender komplementärer [[DNA]]-Stränge verwendet, um dreidimensionale Strukturen zu formen. | ||
Bisher wurden DNA-Maschinen zu verschiedenen Zwecken eingesetzt, z. B. zum Nachweis von DNA mit einer [[Nachweisgrenze]] von 0,2 [[Stoffmengenkonzentration|nmol/l]] ([[Vorsätze für Maßeinheiten|Nanomol]] pro Liter),<ref>H. Li, J. Ren, Y. Liu, E. Wang: ''Application of DNA machine in amplified DNA detection.'' In: ''Chemical communications.'' Band 50, Nummer 6, Januar 2014, S. 704–706, {{DOI|10.1039/c3cc47147k}}, PMID 24287919.</ref><ref>Y. Weizmann, M. K. Beissenhirtz, Z. Cheglakov, R. Nowarski, M. Kotler, I. Willner: ''A virus spotlighted by an autonomous DNA machine.'' In: ''Angewandte Chemie (International ed. in English).'' Band 45, Nummer 44, November 2006, S. 7384–7388, {{DOI|10.1002/anie.200602754}}, PMID 17036292.</ref> als kontraktile DNA-Sequenz,<ref>D. Lubrich, J. Lin, J. Yan: ''A contractile DNA machine.'' In: ''Angewandte Chemie (International ed. in English).'' Band 47, Nummer 37, 2008, S. 7026–7028, {{DOI|10.1002/anie.200800476}}, PMID 18677787.</ref> zum Nachweis viraler DNA auf [[Gold]]-[[Nanopartikel]]n<ref>M. K. Beissenhirtz, R. Elnathan, Y. Weizmann, I. Willner: ''The aggregation of Au nanoparticles by an autonomous DNA machine detects viruses.'' In: ''Small.'' Band 3, Nummer 3, März 2007, S. 375–379, {{DOI|10.1002/smll.200600450}}, PMID 17262868. </ref> oder als DNA-basierten [[Katalysator]] auf [[Magnetismus|magnetischen]] Partikeln ({{enS|''DNAzyme''}}).<ref name="Bi">S. Bi, Y. Cui, Y. Dong, N. Zhang: ''Target-induced self-assembly of DNA nanomachine on magnetic particle for multi-amplified biosensing of nucleic acid, protein, and cancer cell.'' In: ''[[Biosensors & Bioelectronics]].'' Band 53, März 2014, S. 207–213, {{DOI|10.1016/j.bios.2013.09.066}}, PMID 24140870.</ref> Durch verschiedene Modifikationen kann die Nachweisgrenze beim Nachweis von DNA auf etwa 8 fmol/l (Femtomol pro Liter) gesenkt werden.<ref name="Bi" /><ref>L. Liu, J. Lei, F. Gao, H. Ju: ''A DNA machine for sensitive and homogeneous DNA detection via lambda exonuclease assisted amplification.'' In: ''Talanta.'' Band 115, Oktober 2013, S. 819–822, {{DOI|10.1016/j.talanta.2013.06.062}}, PMID 24054668.</ref> DNA-Maschinen können die Funktion eines Motors einnehmen, der eine bestimmte DNA-Sequenz abfährt.<ref>I. K. Astakhova, K. Pasternak, M. A. Campbell, P. Gupta, J. Wengel: ''A locked nucleic acid-based nanocrawler: designed and reversible movement detected by multicolor fluorescence.'' In: ''Journal of the American Chemical Society.'' Band 135, Nummer 7, Februar 2013, S. 2423–2426, {{DOI|10.1021/ja311250w}}, PMID 23379691.</ref> | Bisher wurden DNA-Maschinen zu verschiedenen Zwecken eingesetzt, z. B. zum Nachweis von DNA mit einer [[Nachweisgrenze]] von 0,2 [[Stoffmengenkonzentration|nmol/l]] ([[Vorsätze für Maßeinheiten|Nanomol]] pro Liter),<ref>H. Li, J. Ren, Y. Liu, E. Wang: ''Application of DNA machine in amplified DNA detection.'' In: ''Chemical communications.'' Band 50, Nummer 6, Januar 2014, S. 704–706, {{DOI|10.1039/c3cc47147k}}, PMID 24287919.</ref><ref>Y. Weizmann, M. K. Beissenhirtz, Z. Cheglakov, R. Nowarski, M. Kotler, I. Willner: ''A virus spotlighted by an autonomous DNA machine.'' In: ''Angewandte Chemie (International ed. in English).'' Band 45, Nummer 44, November 2006, S. 7384–7388, {{DOI|10.1002/anie.200602754}}, PMID 17036292.</ref> als kontraktile DNA-Sequenz,<ref>D. Lubrich, J. Lin, J. Yan: ''A contractile DNA machine.'' In: ''Angewandte Chemie (International ed. in English).'' Band 47, Nummer 37, 2008, S. 7026–7028, {{DOI|10.1002/anie.200800476}}, PMID 18677787.</ref> zum Nachweis viraler DNA auf [[Gold]]-[[Nanopartikel]]n<ref>M. K. Beissenhirtz, R. Elnathan, Y. Weizmann, I. Willner: ''The aggregation of Au nanoparticles by an autonomous DNA machine detects viruses.'' In: ''Small.'' Band 3, Nummer 3, März 2007, S. 375–379, {{DOI|10.1002/smll.200600450}}, PMID 17262868. </ref> oder als DNA-basierten [[Katalysator]] auf [[Magnetismus|magnetischen]] Partikeln ({{enS|''[[DNAzyme]]''}}).<ref name="Bi">S. Bi, Y. Cui, Y. Dong, N. Zhang: ''Target-induced self-assembly of DNA nanomachine on magnetic particle for multi-amplified biosensing of nucleic acid, protein, and cancer cell.'' In: ''[[Biosensors & Bioelectronics]].'' Band 53, März 2014, S. 207–213, {{DOI|10.1016/j.bios.2013.09.066}}, PMID 24140870.</ref> Durch verschiedene Modifikationen kann die Nachweisgrenze beim Nachweis von DNA auf etwa 8 fmol/l (Femtomol pro Liter) gesenkt werden.<ref name="Bi" /><ref>L. Liu, J. Lei, F. Gao, H. Ju: ''A DNA machine for sensitive and homogeneous DNA detection via lambda exonuclease assisted amplification.'' In: ''Talanta.'' Band 115, Oktober 2013, S. 819–822, {{DOI|10.1016/j.talanta.2013.06.062}}, PMID 24054668.</ref> DNA-Maschinen können die Funktion eines Motors einnehmen, der eine bestimmte DNA-Sequenz abfährt.<ref>I. K. Astakhova, K. Pasternak, M. A. Campbell, P. Gupta, J. Wengel: ''A locked nucleic acid-based nanocrawler: designed and reversible movement detected by multicolor fluorescence.'' In: ''Journal of the American Chemical Society.'' Band 135, Nummer 7, Februar 2013, S. 2423–2426, {{DOI|10.1021/ja311250w}}, PMID 23379691.</ref> | ||
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Eine DNA-Maschine ist in der Biochemie und Biophysik eine DNA-Sequenz, die zur Erfüllung einer mechanischen Funktion entworfen wurde.[1] Der Entwurf einer DNA-Maschine ist eine Variante des rationalen Designs.
Die erste DNA-Maschine wurde im Jahr 2000 gebaut und besaß die Funktion einer molekularen Pinzette.[2][3] Bei der Erzeugung einer DNA-Maschine wird – analog zum DNA-Origami – die Hybridisierung abschnittsweise überlappender komplementärer DNA-Stränge verwendet, um dreidimensionale Strukturen zu formen.
Bisher wurden DNA-Maschinen zu verschiedenen Zwecken eingesetzt, z. B. zum Nachweis von DNA mit einer Nachweisgrenze von 0,2 nmol/l (Nanomol pro Liter),[4][5] als kontraktile DNA-Sequenz,[6] zum Nachweis viraler DNA auf Gold-Nanopartikeln[7] oder als DNA-basierten Katalysator auf magnetischen Partikeln (englisch DNAzyme).[8] Durch verschiedene Modifikationen kann die Nachweisgrenze beim Nachweis von DNA auf etwa 8 fmol/l (Femtomol pro Liter) gesenkt werden.[8][9] DNA-Maschinen können die Funktion eines Motors einnehmen, der eine bestimmte DNA-Sequenz abfährt.[10]
