Ein Sequenzdesign-Algorithmus für verzweigte DNA-Strukturen

Aufgrund ihrer Selbstorganisationseigenschaften besitzt DNA ein großes Potential für den Einsatz in Bottom-up-Techniken der Nanotechnologie. So erlaubt DNA eine genau definierte Anordnung von Bauelementen im Abstand von nur wenigen Nanometern. Zum Beispiel kann ein regelmäßig mit Metallclustern oder Proteinen bestücktes DNA-Netz als Katalysator oder in Sensoren eingesetzt werden. DNA wird außerdem als Templat für Nanodrähte benutzt und kann deshalb eine wichtige Rolle in einer zukünftigen Nanoelektronik spielen. DNA-Strukturen entstehen meist durch Selbsassemblierung von Einzelstrangmolekülen während einer Hybridisierung. Die Assemblierung wird dabei durch die Basensequenzen der beteiligten Einzelstränge gesteuert. Das bedeutet: Die Basensequenzen der Einzelstränge definieren die Gestalt der entstehenden Struktur. Diese Dissertation stellt Regeln für Sequenzkonfigurationen vor, welche DNA-Einzelstränge erfüllen müssen, damit die erfolgreiche Selbstassemblierung einer gewünschten Zielstruktur erfolgreich sein kann. Das Grundprinzip dieser Regeln ist eine Minimierung der Länge von Basenfehlpaarungen. Es wird ein Algorithmus entwickelt, welcher diese Regeln umsetzt und für beliebige Zielstrukturen passende Sequenzkonfigurationen erzeugt. Der Algorithmus arbeitet vollautomatisch und ist für die meisten Strukturgrößen sehr schnell. Eine Java-Implementierung des Algorithmus mit Namen Seed ist unter http://nano.tu-dresden.de/~jseiffert/Seed/ frei erhältlich. Abschließend präsentiert diese Arbeit ein Experiment, in welchem eine Reihe von Double-Crossover-(DX)-Molekülen zu einer langen Kette verbunden werden. Die Sequenzkonfiguration für dieses Experiment wurde mit Seed erstellt und zeigt die Anwendungsfähigkeit des vorgestellten Algorithmus.

Level thesis:degree_level

thesis.doctoral

Grantor dc:publisher

Technische Universität Dresden

Year

2008

Author dc:creator

• Seiffert, Jan

Contributors dc:contributor

• Stoschek, Erwin
• Pompe, Wolfgang
• Dittrich, Peter

• DNA
• Hybridisierung
• Sequenzdesign
• Algorithmus
• Griton
• Sequenzgraph
• Minimierung von Fehlpaarungen
• hybridization
• sequence design
• algorithm
• mismatchminimazation
• sequence graph