Nature子刊：颜颢等华人学者彻底改变微观结构世界规则的DNA折纸新花样

　　

由亚利桑那州立大学大学和上海交通大学（SJTU）的科学家组成的团队刚刚宣布创造一种新型的元DNA结构，这将开拓光电子学（包括信息存储和加密）以及合成生物学领域。

亚利桑那州立大学的作者：Guangbao Yao (共同一作) 、Fei Zhang (共同一作)、Hao Liu、Erik Poppleton 、 Petr Šulc、Shuoxing Jiang、Lan Liu、Chen Gong、Yan Liu、颜颢 (共同通讯作者)。上海交通大学课题组成员包括： Fei Wang (共同一作)、 Tianhuan Peng、Xinxin Jing、Xiaoguo Liu、Lihua Wang、樊春海(共同通讯作者)

这项研究发表在今天的《Nature Chemistry》杂志上——事实上，元DNA自组装的概念可能会彻底改变结构DNA纳米技术的微观世界。

众所周知，Watson-Crick碱基配对的可预测性和DNA的结构特征使得DNA可以作为一个通用的构建块来设计复杂的纳米结构和器件。

“DNA技术的一个里程碑无疑是DNA折纸术的发明，在成百上千的DNA短链的帮助下，长的单链DNA（ssDNA）被折叠成指定的形状，”作者颜颢解释道。“然而，组装更大（从微米到毫米）大小的DNA结构一直是一个挑战，直到最近，这限制了DNA折纸术的使用。新的微米大小的结构大约是人类头发的宽度，比原始的DNA纳米结构大1000倍。

自从2011年DNA折纸纳米结构登上《Science》杂志封面以来，颜教授和他的合作者们一直在不懈努力，利用大自然的灵感，寻求解决复杂的人类问题。

“在目前的研究中，我们开发了一种多功能的‘meta-DNA’（元DNA）策略，允许各种亚微米到微米大小的DNA结构以类似于简单的短DNA链在纳米级自组装的方式自组装。”

研究小组证明，亚微米尺度的6螺旋束DNA折纸纳米结构（meta-DNA）可以用作单链DNA（ssDNA）的放大模拟物，两个包含互补“元碱基对”的meta-DNA可以形成具有程序化利手和螺旋螺距的双螺旋。

利用meta-DNA构建块，他们构建了一系列亚微米到微米尺度的DNA结构，包括元多臂连接、3D多面体和各种2D/3D晶格。他们还展示了在meta-DNA上的一个层级链置换反应，将DNA的动态特征转移到了meta-DNA上。

在助理教授Petr Šulc的帮助下，他们使用DNA的粗粒度计算模型来模拟双链M-DNA结构，并了解获得的左手和右手结构的不同产率。

此外，通过改变单个M-DNA的局部灵活性及其相互作用，他们能够构建一系列亚微米或微米级的DNA结构，从1D到3D，具有各种各样的几何形状，包括元结、元双交叉瓷砖（M-DX）、四面体、八面体、棱柱体，以及六种紧密排列的晶格。

未来，可以用M-DNA设计更多复杂的电路、分子马达和纳米器件，并应用于生物传感和分子计算等领域。这项研究将使创造在刺激下可重构的动态的微米级DNA结构更为可行。

作者预计，这种M-DNA策略的引入将使DNA纳米技术从纳米尺度转变到微观尺度。这将在亚微米和微米尺度上创建一系列复杂的静态和动态结构，从而实现许多新的应用。

例如，这些结构可被用作模板化复杂功能组件的支架，这些组件比先前认为的可能更大、更复杂。这一发现还可能导致更复杂和复杂的行为，模拟细胞或细胞成分与不同的M-DNA层次链置换反应的组合。

原文检索：Meta-DNA structures

（生物通：伍松）