Algorithmic design of RNA polyhedra

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Mohammed, Abdulmelik
dc.contributor.author Elonen, Antti
dc.date.accessioned 2018-10-17T08:06:31Z
dc.date.available 2018-10-17T08:06:31Z
dc.date.issued 2018-10-08
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/34376
dc.description.abstract The field of bottom-up nanotechnology has been the subject of much research in the recent years. Most of that research has focused on creating nano-scale shapes and structures using multiple strands. DNA origamis and various tile-based schemes are perhaps the most famous examples. No such robust design schemes exist for the design of single stranded RNA structures, however, despite their potential to offer a cheap and sound approach to nanomanufacturing. In this thesis, we study the problem of designing single-stranded RNA polyhedral wireframes, i.e., such RNA strands that fold into the wireframe of a given polyhedron. We introduce a kissing-loop based design scheme, which routes an RNA strand around a spanning tree of a polyhedron, and we show how to do the routing on arbitrary polyhedra while avoiding knots. We also introduce a design tool, Sterna, which is based on these principles. It allows the user to convert a 3D model of a polyhedron into an RNA secondary and tertiary structures, which can be further developed into a primary structure with the additional scripts we have provided. Finally, we design three RNA polyhedra, which are synthesized and imaged in a project related to this master's thesis. The resulting images lend credence to the soundness of Sterna and the underlying design process. en
dc.description.abstract Yksi koostavan (engl. bottom-up) nanoteknologian keskeisiä tutkimusalueita viime vuosina on ollut DNA-nanoteknologia, so. nanokokoisten kappaleiden ja rakennelmien tuottaminen biopolymeereistä. Niinsanotut DNA-origamit ja -laatoitukset ovat tämän lähestymistavan tunnetuimpia esimerkkejä. Vastaavaa yleistä menetelmää ei toistaiseksi ole ollut nanorakenteiden tuottamiseen yksisäikeisistä RNA-polymeereistä, vaikka nämä periaatteessa tarjoaisivat edullisen ja skaalautuvan lähtökohdan nanovalmistukselle. Tässä diplomityössä tarkastelemme 3D-monitahokkaiden rautalankamallien laskostamista yksisäikeisistä RNA-polymeereistä. Kehitämme automatisoidun suunnitteluprosessin, joka tuottaa syötteenä annettua monitahokasta vastaavaan muotoon laskostuvan RNA-emästen jonon. Käyttämämme menetelmä perustuu RNA-säikeen reitittämiseen monitahokkaan virittävän puun ympäri ja rakenteen sulkemiseen ns. silmukkapareilla (engl. kissing loop motif). Esitämme myös, miten mielivaltaisen monitahokkaan virittävä puu on mahdollista reitittää tuottamatta topologisia solmuja, jotka estäisivät vastaavan RNA-polymeerin laskostumisen. Toteuttamamme Sterna-suunnitteluohjelman avulla käyttäjä voi tuottaa mistä tahansa 3D-monitahokasmallista sen muotoon laskostuvan RNA-jonon sekundääri- ja tertiäärirakennekuvaukset. Tarjoamme myös ohjelman, jonka avulla nämä voidaan edelleen täydentää emästiedoilla biosynteesiä varten tarvittavaksi RNA-primäärirakenteeksi. Käyttöesimerkkeinä suunnittelemme kolme RNA-monitahokasta, jotka on syntetisoitu ja kuvannettu tämän diplomityön kumppanihankkeissa. Saadut tulokset todentavat suunnittelumenetelmämme ja siihen pohjautuvan Sterna-työkalun oikeellisuutta. fi
dc.format.extent 56
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.title Algorithmic design of RNA polyhedra en
dc.title RNA polyhedrojen algoritminen suunnittelu fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö fi
dc.contributor.school Perustieteiden korkeakoulu fi
dc.subject.keyword RNA en
dc.subject.keyword nanotechnology en
dc.subject.keyword design en
dc.subject.keyword polyhedra en
dc.subject.keyword wireframe en
dc.subject.keyword sterna en
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201810175451
dc.programme.major Machine Learning, Data Science and Artificial Intelligence fi
dc.programme.mcode SCI3044 fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Orponen, Pekka
dc.programme Master’s Programme in Computer, Communication and Information Sciences fi
local.aalto.electroniconly yes
local.aalto.openaccess yes


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account