DNA纳米结构的活体合成

消息来源：www.lifeomics.com

 

 

图片说明：一个复杂的DNA纳米结构在细菌细胞中扩增并折叠。

 

图片来源：nature

 

 

 

为了增加DNA纳米结构的产量和复杂性，研究人员借助了大肠埃希氏杆菌（Escherichia coli）进行体内复制和组装。

 

 

 

 

“ 让细胞来完成工作”正是近来在细菌中表达复杂DNA纳米结构的精髓所在，这一工作是由亚利桑那州立大学（Arizona State University）的Hao Yan和纽约大学（New York University）的Nadrian Seeman共同领导完成的。

 

 

 

DNA的两个特征使其成为组装复杂结构的理想分子：它只有四个编码的核苷酸使得对编程更加容易，而且最终获得的序列可以预测并根据不同用途设计二维甚至三维结构。目前大量合成DNA纳米结构的瓶颈在于组成复杂的二级结构的长单链DNA生产规模有限。

 

 

 

关于为何要扩大产量，Yan解释说：“我们打算将结构性信息设计到DNA纳米结构中并促使DNA自我装配成规划设计的样子。”意识到这一技术性很强的想法可能很难使外行人对这一领域产生兴趣，他补充说：“就像看一棵树的生长，它会在尖端停止生长，所以它一定含有一种内在的生长规则。DNA也具有同样的潜力；最大的问题是如何扩大自我装配，并成为含有更多信息的较大结构域。”

 

 

 

这一技术目前的状况与“DNA与树”的设想还有相当的距离。Yan等人已经在体外组装了DNA纳米结构，但是很难超过大约120个碱基的单链长度。为了大量获得更长的片段，研究人员将工作由试管转移到了细菌细胞。Yan的第一个问题是：天然的分子机器能够承受这样复杂的结构吗？

 

 

 

答案非常肯定。大肠埃希氏杆菌不仅能够大量合成长的单链DNA，还可以承受细胞内的装配。Yan等人证明了可以将三叶草结构设计到活细胞中的一个DNA分子中。

 

 

 

受到这一发现的激发，Yan打算充分开发一个体内合成系统，并施加选择性压力，这样纳米结构分子就可以进化。他最终的目标是一个具有无数应用前景的功能性非稳态结构，其应用包括了单细胞成像，即镊子状的纳米结构可以将两个荧光蛋白连到一起而发生能量转移，也包括了蛋白质检测即利用一个可针对某些特定蛋白分子的灵活结构，还包括了可以识别并抵抗细胞中的细菌或病毒入侵的类似机制。

 

 

 

关于这些脑中设想的用途（有一些在Yan看来，更像是科幻而不是科学），目前研究人员现在正在尝试完成一些基础工作。例如，长的DNA分子就意味着更高的错误率，因此就需要校正机制。体内合成所用的载体和启动子必须保证与纳米结构序列不会产生干扰。到目前为止，该团队仅仅在大肠埃希氏杆菌中进行了对纳米结构复制的检测；究竟真核细胞能否支持合成和装配仍就是个有争议的问题。

 

 

 

DNA纳米技术领域，包括了大约十个研究团队，这最然是非常的少，但是他们的梦想和对社会的影响肯定不仅如此。

 

 

 

 

原文检索：www.nature.com

 

 

 

Clark/编译