多篇Nat文利用DNA折纸术构建出迄今为止最大的结构 自组

顾汉现

多篇Nature论文利用DNA折纸术构建出迄今为止最大的结构

来源：本站原创 2017-12-24 21:23

2017年12月24日/生物谷BIOON/---DNA是一种强大的构造材料，这是因为它的序列能够经设计后允许精确地控制自组装。在一种被称作DNA折纸术（DNA origami）的制造技术中，一条较长的支架DNA链与互补的短DNA链结合，从而形成一种纳米结构。

科学家们花了十年的时间来让DNA折纸术变得更便宜和利用它构造出更大的结构。如今，四项都发表在2017年12月7日的Nature期刊上的研究代表着在这方面取得重大的进展。三个研究小组采用各种策略组装出比之前更大的DNA结构，并且开发出一种允许以更低成本大批量开展DNA折纸术的方法。

美国加州理工学院（Caltech）的生物工程师Lulu Qian和同事们构建出一种从分形中受到启发的技术。分形是一种数学原理，在这种数学原理中，相同的规则在不同的尺度下重复出现，如血管的分支，或者雪花上的晶体。Qian 解释道，“为了利用一小组独特的DNA链构建出非常复杂的DNA纳米结构，我们必须将这种组装过程分解为多个更加简单的步骤。在每个步骤中，几个较小的结构都是在不同的试管中进行自组装的，随后将它们结合在一起进一步自组装成更大的结构。”她的团队开出在线软件，这将允许其他的团队使用这种技术。

图片来自Grigory Tikhomirov, Philip Petersen和Lulu Qian/Caltech。

德国慕尼黑理工大学生物物理学家Hendrik Dietz及其团队将DNA折纸术与逐步策略结合起来，这些策略与自然界中用于构建分子机器的策略（如对称性和多层次的组装结构）并无不同。这些方法允许他的团队“让DNA折纸术从之前的百万道尔顿规模迈向十亿道尔顿规模（gigadalton scale）。”在另一篇论文中，他的团队利用噬菌体大量地产生自我切割的单链DNA，随后组装成足够大到肉眼可见的纳米结构。

美国哈佛医学院怀斯生物启发工程研究所（Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering）系统生物学家Peng Yin和同事们采用了一种替代性的策略。他们并没有使用传统DNA折纸术中较长的支架DNA链和较短的互补链，而是利用较短的DNA链构建出含有52个核苷酸的DNA砖。Yin说，“与传统的支架折纸术相比，这些DNA砖具有许多优点。首先，它们具有模块化结构。这意味着如果你想要设计不同的形状，那么你只需从现有的DNA砖的主库中进行选择。而且，由于你不再需要处理较长的支架链，至少在原则上它应该具有更大的扩展性。”

这些研究人员都希望增加结构尺寸和最大限度地提高核酸生产能力将让人们能够构建和测试具有各种应用的分子结构。Dietz说，他的团队对分子疗法特别感兴趣。他解释道，“你能够在这些纳米结构的表面上呈递作为抗原的蛋白，随后你会获得免疫反应，而不必让有机体接触真正的病毒。它们将是完成人工合成的，因而有潜力在健康方面具有很多有趣的应用。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

L.L. Ong et al., “Programmable self-assembly of three-dimensional nanostructures from 10,000 unique components,” Nature, doi:10.1038/nature24648, 2017.
https://www.nature.com/articles/nature24648

F. Praetorius et al., “Biotechnological mass production of DNA origami,” Nature, doi:10.1038/nature24648, 2017.

G. Tikhomirov et al., “Fractal assembly of micrometre-scale DNA origami arrays with arbitrary patterns,” Nature, doi:10.1038/nature24655, 2017.

K.F. Wagenbauer et al., “Gigadalton-scale shape-programmable DNA assemblies,” Nature, doi:10.1038/nature24651, 2017.

http://news.bioon.com/article/6714870.html



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