科学家使用DNA在井字游戏中举行了一个聚会。 听起来很有趣，但这只是冰山一角，被科学家们的幽默所震撼。 实际上，今天的研究揭示了监测DNA纳米结构相互作用动力学的新方法，这些方法一起可以执行复杂的任务。 将DNA用作系统的主要部分并非易事，但这并不能阻止科学家们满脑子都是想法，而是满腔热情。 因此，正如研究表明的那样，他们如何设法按照给定的模式移动DNA区块，以及该技术的未来前景如何？ 对于答案，我们转向研究小组的报告。 走吧
学习基础在这项研究中，科学家展示了一种基于支撑关节和分支偏移原理的移动DNA瓷砖的新技术。 这些原理类似于DNA链的标准置换，但是针对更大的对象，更确切地说，针对DNA结构。
这项技术可以控制DNA碎片的动力学，并在多结构系统中实现所需的反应链。 井字游戏并不是为了娱乐而进行的，而是演示了以任意顺序和位置移动图块DNA的可能性。
要了解生物系统的机理，有必要考虑其主要成分，其中分子结构是最重要的成分之一。 DNA作为载体分子，被认为是研究和创建自组织纳米结构的最佳材料之一。
在基于DNA的技术中，DNA折纸技术近年来越来越受到欢迎，它使您可以从任何所需形状和构型的DNA创建结构。
单个DNA折纸的组件可以根据需要进行扭曲和扭曲，但是到目前为止，作为较大的结构（因此更复杂）的组件，几个DNA折纸之间尚无法实现受控的交互作用。 目前，只能连接/断开多个DNA折纸。
在今天的研究中，科学家证明了一种新的DNA折纸相互作用技术。 DNA折纸图块嵌入其中的结构，将另一个图块从常规阵列中移出，并由于图块边缘（支点/连接点）上的
结合域*而与结构相连。
结合/结合结构域* -蛋白质结构域，它是蛋白质链的一部分，但能够与其独立发挥功能。
例如，科学家创建了三个重新配置选项：竞争性，顺序性和协作性。 当每个玩家有9个独特的DNA折纸，可以在264x264 nm的范围内以任意顺序移动时，这些“动作”（逐步重新配置）的整体表现为井字游戏。
DNA瓷砖形成
DNA瓷砖结构。以前，在进行这项研究之前，科学家开发了一种用于创建单个DNA磁贴的技术。 两个边缘上的每个瓷砖都有11个订书钉，每个订书钉都参与堆叠。
上图显示了一个由4个磁贴组成的阵列（左上方），每个磁贴都通过括号连接到相邻的一个。
研究人员考虑了几种可能的选项，这些选项可以创建带有大量切片的较大阵列。 为此，从理论上讲，瓦片之间的连接必须足够弱。 这将使她能够中断并重建阵列。 但是，观察结果表明，即使在瓷砖之间的连接应永久固定的温度下，也可以创建可重新配置的多砖瓦阵列。
重新配置图块。这种现象有两种可能的解释。 首先，在足够高的温度下发生键形成，同时落入过程可逆性的温度范围内。 第二个-二聚体和三聚体发生置换反应，因此，释放单体时会形成2x2阵列。 也可以制作2个三聚体副本，形成2x2阵列，释放二聚体。
如果在置换反应期间没有瓷砖的自发断开，那么将没有动力陷阱，因此将以2x2的配置收集瓷砖。
有必要检查一种DNA折纸是否会取代一般结构中的另一种，而不是在结构本身内自发结合。 换句话说，DNA折纸是否会表现出主动性。 为此，进行了两个实验。
实践经验：2个DNA方块（正方形）+1个DNA三角形，它们应该形成一个共同的结构。在第一个实验中，涉及2个DNA切片和1个DNA三角形；实验本身是在恒温下进行的。 从结构上讲，三角形可以具有与正方形相同的连接域，也可以具有与相邻正方形互补的附加连接域。
在实验的第一个版本中，2个正方形保持彼此连接，而三角形连接到其中一个正方形。 在第二个版本中，可以说，三角形替换了其中一个正方形，并将其替换了。 实际上，这表明可以修饰复杂的DNA折纸。 但是现在我们需要确保此过程由科学家控制，并且不会由于自然力量而单独发生。
图片编号1如果我们谈论DNA链中的置换反应，那么这里有一条带有结合域的链，该结合域连接到“自由”互补域。 因此，我们得到了一种双链结构，当链条移动通过连接点（
1a ）时，会发生分支迁移过程。 瓷砖（
1b和
1c ）的DNA置换反应中发生了类似的过程。
从图
1c中，我们还可以看到，每个DNA瓦片都由4个等距三角形组成，这些三角形由大括号连接，我们已经知道了。
关于井字游戏：为了更方便地可视化，参与者的移动和重新配置过程通过使用两种不同颜色的括号标记为十字（X）和脚趾（O）。 仔细看一看，在图块上可以看到X（黑色）和O（白色）图像。
Tile DNA置换反应的动力学简而言之，要获得对过程动力学的控制，就需要使某些反应更快而其他反应更慢。 以这种方式，可以实现瓷砖的连接，断开和重新配置。 但是您需要确定动力学范围，以实现此目的。 为此，科学家创建了具有不同强度（可以说是耦合）的连接点（砖之间）。
对于所有图块，分支迁移域中连接器上的订书钉数量均相同。 但是，这里参考点的域域从0到4（
1d ）
不等 。
实验涉及主图块（所有4个通信点均为“活动”）和附属图块（连接点的数量从0到4不等）。 在分支迁移域的末端，用荧光团和淬灭剂修饰了两对钉书钉。 如果辅助砖块与主砖块保持接触，则荧光团将熄灭，这将导致低荧光信号。 但是，如果断开附件砖（带有阻尼器）的连接，则荧光信号将放大。 因此，将有可能确定处理如何进行。
一天后，有可能从观察中得出第一个结论。 科学家注意到，带有0个连接支架的辅助砖的荧光轨迹实际上保持不变。 还应注意的是，具有相同长度的连接肋条，但具有大量连接点的瓷砖，其动力学表现要快得多。 奇怪的是，与带有1个核苷酸和2个核苷酸的钉书钉的连接点显示出非常不同的饱和度（饱和度）。
图像
1e显示了用于动力学数值估算的数学模型。 科学家们自己说，该模型非常简单，通常用于评估DNA链置换反应的动力学，因此也适用于DNA切片。
通过对（
1f ）模拟（模拟反应）和实验的比较分析，可以确定那些影响DNA瓷砖重组过程的参数。
首先，科学家注意到，瓷砖的连接速度比DNA链的连接速度低10-100倍（取决于连接瓷砖边缘的长度）。 瓷砖和线的移位过程之间的共同点是，随着连接点核苷酸数量的增加，衰减率呈指数下降。 同时，瓷砖的速度比DNA链低40倍。 DNA瓷砖的最大总位移（反应速率）为4.5x10
5 M
-1 * s
-1 。 如果浓度低（<50 nM），则双分子结合的速率将限制瓷砖的位移速率。 如果浓度大于50纳摩尔，那么单分子的位移速率将限制瓷砖的位移速率。
此外，科学家进行了数个实验，描述了3种主要的重新配置类型：竞争性，顺序性和协作性。 现在让我们更详细地查看每个实验的结果。
竞争性重新配置为了实现竞争性重构，科学家提出了使用S形函数来响应信号集中，从而获得基于信息的重构系统。 此功能是DNA链置换过程的数字逻辑计算的重要元素，因此也可以应用于DNA切片。
图片编号2为了演示S型功能的“作用”，科学家创建了2个竞争的瓷砖位移反应，这些反应由相同的下级瓷砖激活。 他们的速度之差（
2a ）。
在辅助砖中，连接点是四个2-核苷酸钉。 预计它将与合适的连接点和四个1-核苷酸钉连接。 辅助砖的反应速度相差18倍。 当辅助砖的浓度小于2 nM时，会触发更快的反应（
2b ）。 如果浓度大于2 nM，则开始较慢的反应。
24小时后，发现反应较快的结果线性增加，反应较慢的结果显示为S形函数（
2c ）。
顺序重新配置经过竞争性的重新配置是一致的。 这种类型要复杂得多，但是可以对过程进行更多的控制，除非一切都可以进行。
因此，科学家创建了一个2x2阵列，其中第一个子图块替换了另一个图块，从而释放了先前使用的连接点。 接下来，2个图块的第二从属结构将2个图块从数组中移出。 一种级联位移（
3a ）。
图片编号3科学家注意到，瓷砖角处的位移很慢，比瓷砖边缘其他部分的位移慢约100倍。 因此，对于更复杂的重新配置过程，必须考虑这种中间位移状态。
在图
3b中，我们可以看到按顺序重新配置（橙色曲线）的实验相当成功的结果。
现在，研究人员有了更多的创造力。 注意上面的图片（
3b ）：对第一个从属图块而不是对第二个从属图块做出反应的数组最终看起来像是“悲伤的面孔”。 但是与两个从属图块成功连接的阵列看起来像是“笑脸”。 你说，科学家们没有幽默感。
根据科学家的说法，反应参与者的结构越复杂，重新配置过程本身越复杂，但是其结果越有趣。 观察48小时后，使用两种类型的参与者（2x2阵列和两块砖结构）显示了以下位移效率结果：83.3±9.8％和90.5±6.1％。 换句话说，置换反应是极好的。 有一些错误，但是它们并不重要。
使用顺序重新配置的实验不仅可以理解通讯点顺序的基本原理和反应的“级联”，而且还展示了新功能。 该系统能够响应多个信号，这些信号指示哪些指令需要执行以及对此有哪些可用。 该信号在实验中以两种从属结构的形式呈现。 即使第一个从属结构早于第二个从属结构与基础接触，该结构仍显示预期的重新配置。
这些过程大部分是自己进行的。 科学家们只对它们稍加控制，但没有完全干预。 实验的下一步是增加对重新配置过程的控制，并研究对该过程进行编程的可能性。
合作重组在此实验中，有2个辅助图块连接到2x2阵列（
3s ）的两个边缘。 如果仅存在一个图块，则应将其移动到阵列的中心。 此外，由于没有第二个图块，因此您可以逆转该过程，从而反复将附件图块与阵列断开连接。 在两个从属图块都存在的情况下，分支迁移的两个过程立即出现，它们收敛在数组的中心，因此我们获得了协同位移。
荧光经验表明，如果只有一个从属图块，则荧光信号非常弱，但如果同时存在两个图块，则荧光信号会放大（
3d ：蓝色和绿色曲线-弱信号，黄色-强信号）。
与之前的实验一样，仅与1个从属图块交互的数组被标记为“悲伤的面孔”，而数组和两个图块均被标记为“微笑的面孔”。 此外，后者占68.0±7.7％的病例。
井字游戏最后是“井字游戏”实验。 在此实验中，使用了3x3阵列，该阵列允许以任意顺序（
4a ）进行9个独特的瓷砖位移反应。
图片编号4该实验同时进行了几种类型的反应的组合：边角砖的位移，边砖的位移和中心砖的位移。 沿着每个相邻图块之间的阵列周边有一个连接点，总共有8个这样的点。 当具有对应连接点的辅助砖与拐角附近的边砖接触时，它们中的4个参与了角砖的位移。 这时，分支在图块的边缘内移动并且成90°角，并且先前连接到阵列的边角图块被释放并集成到数组本身中（以前位于边缘时位于数组内部）。 其他4个连接点用于激活边砖的位移。
由于可用的通信点数量有限，此实验中最困难的事情是启动中央磁贴的位移。 因此，在中央瓦片与所有相邻瓦片（
4a ）之间添加了4个附加点。
观察显示极好的结果。 所有子块均嵌入阵列中，并按科学家的计划对其进行了重建。 阵列内的转换百分比如下：角砖的位移为78.4±6.0％，边砖的位移为52.8±6.0％，中央砖的位移为100％。
现在，我们直接转到游戏本身，它以级联形式结合了所有类型的反应。 游戏板是一个3x3的阵列，所有图块都是“干净的”，也就是说，它们没有任何标记。
每个自然有2个玩家的玩家都可以使用9个标有“ X”和“ O”的从属磁贴。 在此游戏中移动时，需要以24小时的间隔将此砖块添加到测试室中（不是一整批井字游戏）。
使用DNA磁贴播放井字游戏的视频演示。观察结果（
4b和
4c ）显示了比赛场地对所有移动都做出了反应，即根据玩家的指示进行重新配置（添加标记的图块）。
整个问题是，到比赛结束时，在场地上分别有大量的辅助瓷砖，它们自发位移的可能性增加了。 因此，重新配置的准确性也降低了。 到游戏结束时，该指标仅为8.3±2.3％。 但是，如上图所示，结果仍然可以实现。
为了更详细地了解研究和实验的细微差别，我强烈建议您查看
科学家的
报告和
其他补充材料 。
结语井字棋DNA瓷砖的游戏并非出于娱乐目的，而是作为一项非常认真的研究方法，显示了操纵由DNA构建的纳米结构中元素置换过程的能力。
当然，还有很多地方需要抛光：辅助砖的数量会影响最终的重新配置速率，反应速率，置换的准确性，可能的置换选项的扩展，当然还会增加可重组DNA结构的尺寸。
现在，许多科学家越来越关注用于执行已经成为标准的过程的非常非标准和非平凡的机制。信息的存储和处理，疾病的诊断和治疗，包括生物系统在内的复杂系统的研究-所有这些过程都可以使用DNA进行，因为这个难以置信的小物体隐藏了我们尚未揭示的令人难以置信的特性和特征。顺便说一句，事实证明，如果您在Google中输入“井字游戏”查询，则可以玩此游戏。：）（我不知道怎么回事，但我之前从未注意到）当然，还有星期五主题（如果您不介意的话，我将继续新年主题）：
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