Ocena własności biomechanicznych DNA origami

Kiedy popularność nanotechnologii wydaje się wzrastać nieustannie od jej początków, badacze kierują wzrok w stronę nowych zastosowań istniejących materiałów, inspirowanych przez naturę. W szczególności nowatorska technika DNA origami budzi wielkie emocje. Jej wyjątkowe własności przedstawiają perspektywę szerokiej gamy zastosowań w wielu dziedzinach nauk biologicznych. Mimo tego, pytania o właściwości mechaniczne DNA origami jako biomateriału pozostają bez odpowiedzi, a zależność między projektem struktury a elastycznością – niezbadana. Niniejsza praca próbuje rozwiązać dwie kwestie: czy wykorzystanie badań biomechanicznych bazujących na AFM pozostaje w zgodzie z dostępnymi popularnie metodami modelowania struktur in silico, oraz czy istnieje bezpośrednia korelacja między strukturą a biomechaniką DNA origami. Dowiedziono, że pomiary takie można z łatwością wykonać, jak również można je do pewnego stopnia przewidzieć wyniki. Błędne jest jednak założenie, że własności biomechaniczne są prostą ekstrapolacją analogicznych wartości opisujących konwencjonalną helisę B-DNA. Co ciekawe, niskie wartości modułu Younga dla wszystkich struktur sugerują, że przyszłość DNA origami jako elastomeru jest bezpieczna, a ponadto może w bliskiej przyszłości przynieść zaskakujące nowe wynalazki.

As the popularity of nanotechnology seems to be on a constant rise ever since its beginning, science is turning towards finding new possibilities of existing materials, inspired by nature. In particular, DNA origami has shown great promise, as its unique qualities create abundance of possibilities set out for applications in nearly all fields of molecular scale Life Science. However, to this day the question of its mechanical properties as a biomaterial has not been adequately addressed. Furthermore, the problem of the connection between structure design and its elasticity remains largely unexplored. In this master thesis research, I aimed to answer two main questions: is the AFM-based mechanical assessment of DNA origami consistent with existing in silico models and if the relation between design and the elasticity can be attributed to structural properties. I have shown that mechanical properties of DNA origami can be easily measured and to some extent predicted in silico. The design seems to correlate with elasticity; however, this relation should be considered more than just simple interpolation of our knowledge about conventional DNA B-helix. Interestingly, low Young’s modulus of DNA origami samples suggest, that its future as a biodegradable elastomer is secure, and it can soon present surprising new inventions.