DNAをボードゲーム化　世界最小の「三目並べ」

●　研究者は、動的なDNA折り紙技術を使用して、世界最小の三目並べボードゲームを作成

●　この技術により、ナノマシンのさまざまな部品を改造・修理できるようになる可能性

生物学的システムでは、曲がりくねった分子構造間の動的相互作用がさまざまな洗練された動作の根底にあります。DNAから人工分子機械を構築する上で最も難しい課題は、相互作用するDNA動力を効果的に制御し、これらの相互作用を組み合わせてシステムレベルの機能を実行できるメカニズムの開発です。

2017年、カリフォルニア工科大学の研究チームは、「DNA折り紙」と呼ばれる10年前の技術を使用して、より大きなナノ構造に自己組織化できる構成可能なタイルを開発しました。

彼らはモナ・リザの最も小さなバージョンを作成しました。この成果は非常に印象的でしたが、この技術には1つの大きな制限がありました。それは、画像を変更することはできないということです。

今回、彼らはこの技術で新たな飛躍を遂げました。チームは、より動的なDNAタイルを作成し、プレイヤーがボードにタイルを追加してOとXを配置する三目並べボードゲームの形でそれらを実証しました。

言い換えれば、研究者らはDNA構造間の動的相互作用を構成するための新しい方法を開発しました。この方法を使用して、彼らは世界最小の三目並べボードゲームを構築しました。このゲームでは、それぞれの動きで数百ものDNA鎖が同時に交換されます。

このスワッピングメカニズムはどのように機能するのか？

この方法は、鎖の置換と自己組織化タイルという2つのDNAナノテクノロジーに依存しています。どちらも、分子の特定の配置によって構成されるDNAの機能を活用しています。

一本鎖のDNAには4種類の分子（塩基）が含まれています。これらはA、C、G、Tと省略されます。これらは任意の順序でリンクでき、各順序には固有の情報が含まれていて、人工ナノマシンでさらに使用できます。

通常、これらの分子は対応する分子と対になる傾向があります。たとえば、CはGとペアになり、AはTとペアになります。鎖置換技術は、DNAのこの自然な行動を利用し、相補的配列とペアにできる塩基の拡張配列を形成します。

たとえば、TAATCGTはATTAGCAと簡単にペアリングできます。ただし、シーケンスを部分的に一致するシーケンスとペアにすることは可能です。

TAATCGTとATTAGCAを一緒に配置すると、TATTとATTAのパーツは簡単にペアになり、一致しないパーツは端から切り離されます。2本の鎖間の結合は、それらが互いにより密接に補完する場合、より強くなります。

他のDNAナノテクノロジーである自己組織化タイルは、他のタイルを配置できない特定の場所で各タイルを組み立てるのに役立ちます。これらの両方のテクノロジーを組み合わせることで、ナノ構造内の指定された場所を正確に特定し、その場所をすでに占めているタイルを置き換えることができるタイルが得られます。

結果

プレイヤーは、目的の場所に移動するようにプログラムされた新しい動的タイルを使用して、任意の空の場所（試験管内の空白のボードゲームタイルのソリューション内）にOまたはXを配置できます。プレイヤーXがゲームの1ラウンドに勝つには6日かかりました。

もちろん、この小さくて非常に遅い三目並べボードを購入する人は誰もいませんが、それは実際には重要ではありません。目的は、この技術を後の段階で修正できるナノ構造の構築に適用することです。

現在、ナノスケールの機械を改造または修理することはまったく不可能ですが、新しいメカニズムによってこれを変えることができます。将来的には、ナノマシンのさまざまな部分を修復およびアップグレードするために使用できるようになり、より洗練された効率的なものになります。