経済の限界と、サイズ制御されたトリャーリー定期的なポリヘドラのプログラム可能な組み立てのための忠実度

ウイルス性カプシドアセンブリのCasPar-Klug対称原理の拡張を提案し、調査し、サイズ制御されたTriply Polyhedraのプログラム可能なアセンブリ、原始、ダイヤモンド、および誘惑キュービック最小表面の個別のバリアントを提案します。最近のプログラム可能なDNA折り紙コロイドのクラスに触発された私たちは、サイズスケールの増加（例えば、周期性）の増加に必要な異なる粒子種の成長のこれらの結晶アセンブリの設計の経済が同等であることを示しています。ウイルスの殻に。さらに、動的なアセンブリシミュレーションを介してこれらのアセンブリにおける幾何学的特異性の役割をテストします。これは、同時に効率的で高忠実度アセンブリの条件に、プログラムされたアセンブリの局所角と長さの中間程度の柔軟性が必要であることを示しています。オフターゲットの誤解は、双曲線結晶の場合に一般化された、開示欠陥のバリアントを組み込むことで発生します。これらのトポロジカル欠陥の可能性は、経済的設計の根底にあるまったく同じ対称性の原則の直接的な結果であり、設計経済とプログラム可能なサイズ制御アセンブリの忠実度との間の基本的なトレードオフを明らかにします。

We propose and investigate an extension of the Caspar-Klug symmetry principles for viral capsid assembly to the programmable assembly of size-controlled triply periodic polyhedra, discrete variants of the Primitive, Diamond, and Gyroid cubic minimal surfaces. Inspired by a recent class of programmable DNA origami colloids, we demonstrate that the economy of design in these crystalline assemblies-in terms of the growth of the number of distinct particle species required with the increased size-scale (e.g., periodicity)-is comparable to viral shells. We further test the role of geometric specificity in these assemblies via dynamical assembly simulations, which show that conditions for simultaneously efficient and high-fidelity assembly require an intermediate degree of flexibility of local angles and lengths in programmed assembly. Off-target misassembly occurs via incorporation of a variant of disclination defects, generalized to the case of hyperbolic crystals. The possibility of these topological defects is a direct consequence of the very same symmetry principles that underlie the economical design, exposing a basic tradeoff between design economy and fidelity of programmable, size controlled assembly.