新一代DNA标记，有望实现多色实验（图）

　　

生物通报道：卡内基梅隆大学研究人员将荧光染料分子与DNA 结合，产生纳米级别的荧光标记，提高了以荧光为基础的成像和医疗诊断的敏感性，并且有望用于单分子或者细胞的基础化学、生化反应研究。具体内容刊登于1月26日《The Journal of the American Chemical Society》。

nanotags（纳米标记）发明者、研究生Andrea Benvin说新的DNA nanotags提供了空前的荧光染料密度，以及潜在的亮度。“将它们集中在一个小包装里，就可以高灵敏地检测分子，无需干扰所需研究的生物学过程。”

Nanotags的高光亮度，对检测组织样本中个数较少的癌细胞是一大帮助，这在总结治疗效果时非常重要。另外，DNA nanotags 为实现多色实验（multicolor experiments）打下了基础，多色实验是指在一次实验中，利用一种标记和一种荧光成像机制同时观察多种颜色。“比如，两种细胞，一种是健康的一种是癌变的，能够通过不同颜色荧光nanotags相互区分。”

Benvin、Armitage 等模拟在海藻蛋白中发现的DNA nanotags。Nanotags在红藻、蓝藻等许多淡水和海水藻中都存在，它们含有多重荧光颜料，共同作用，将吸收的光能传到叶绿素ll（chlorophy ll）中进行光合作用。研究小组在他们的DNA nanotags中，模拟这种光捕获过程，得到稳定的光、荧光标记。

                                 

图：蓝色卵圆形代表DNA螺旋中的“光－捕获”染料；红色小球代表nanotags表面的“光－发射”染料。光－捕获染料激发光－发射染料发出荧光。

Armitage 说：“我们的系统的主要优点是设计简单，荧光强度和颜色能够发生变化。”为了提高亮度，研究人员组合最佳纳米结构DNA模版，在DNA螺旋的碱基对之间建立多重荧光染料分子（如图），这种排列保证染料相互之间有足够的距离，防止荧光抵偿。也可对DNA模版进行改造，使其与其它分子或者细胞表面结合。新设计的nanotags捕光能力强，荧光发射的能力强，因为DNA中每两个碱基对能容纳一个染料分子，拥有30对碱基的DNA结构可以结合15个荧光染料分子。结果染料-DNA复合体的亮度比单个染料分子的亮度高15倍，并且可以通过提高DNA纳米结构上的碱基对数目使复合体变得更亮。

多色实验的可行性在于，DNA螺旋中含有“光－捕获染料”，可以被单一波长的光激活，然后将能量转移到nanotags 表面的“光－发射”染料。光－发射染料以另一种颜色散发荧光。比如，一种DNA nanotags可以作为“天线”有效捕获蓝光，将光能转移到nano结构中的另一种染料。第二种染料发射橘红色或者红外光。改变光捕获染料，荧光颜色变的更多。

利用商业化的DNA链和荧光染料很容易组合得到Nanotags。尽管卡内基梅隆研究小组的实验是在简单的双向DNA 纳米结构上进行的，但DNA 纳米技术领域的飞速发展，更复杂些的三维纳米结构有望将光变得更亮。（生物通记者 小粥）