Vozli so izjemne naravne topološke oblike. Samosestavljanje vozlanih polimerov brez prekinitve ali tvorbe kovalentne vezi je zahtevna, saj je treba verigo ovijati skozi že predhodno oblikovane zanke v točno določenem vrstnem redu. Opisali smo načela za usmerjeno zvijanje visoko vozlanih nanostruktur enojne verige DNK ter jih pokazali tudi pri tvorbi kvadratne piramide nano velikosti. Zvijanje vozlov je določeno z razporeditvijo modulov v enoverižni DNK, ki tvorijo pare dvojne vijačnice, katerih razlike v stabilnosti so utemeljene na topoloških in kinetičnih pravilih. Med modeli enoverižne DNK, sestavljenih iz istih modulov in kodirajoč isto topologijo, se samo tisti z potjo sestavljanja upoštevajoč pravilo prostega konca učinkovito zloži v načrtovano strukturo. Opisana strategija se lahko uporabili za načrtovanje sestavljanja drugih vozlanih načrtovanih polimerov, kot so RNA in proteini.
COBISS.SI-ID: 5880858
Polipeptidi in polinukleotidi so naravni polimeri, katerih linearno zaporedje nosi informacijo o obliki ter jih je možno enostavno načrtovati in tvoriti v celicah. Narava prvenstveno uporablja proteine kot molekularne naprave in nukleinske kisline kot medij za nadzorovanje dedne informacije. Terciarna struktura in funkcija proteina je določena z več kooperativnimi šibkimi interakcijami dolgega dosega, ki so se razvile skozi evolucijo. DNA nanotehnologija uporablja module komplementarnih zaporedij nukleinskih kislin, ki se ortogonalno povezujejo v pare, kot strategijo za gradnjo načrtovanih kompleksnih 3D struktur. Podoben pristop je bil uporabljen pri načrtovanju proteinov, z uporabo modulov, ki se ortogonalo povezujejo v obvito vijačne segmente. Moduli nanizani v enojni polipeptidni verigi se sami zvijejo v 3D strukturo, ki je določena s topologijo interakcij modulov znotraj verige. Pristop omogoča gradnjo geometrijskih polipeptidnih ogrodij, vendar pa je potrebno pot zvijanja še izboljšati z vidika zmožnosti hitrega samosestavljanja v fizioloških pogojih. Modularnost načrtovanih topoloških struktur lahko uporabimo za opredelitev pravil, ki usmerjajo pot zvijanja dolgih polimerov, kot so DNK, in temeljijo na stabilnosti in topologiji povezanih gradbenih modulov. Ta pristop odpira pot do funkcionalne uporabe načrtovanih oblik v bioloških sistemih.
COBISS.SI-ID: 5889050