上海交通大學(xué)提出元DNA結(jié)構(gòu)自組裝概念并取得重要進(jìn)展
近日，上海交通大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院樊春海院士團(tuán)隊(duì)與美國亞利桑那州立大學(xué)Hao Yan（顏顥）教授團(tuán)隊(duì)合作發(fā)展了一種通用的“元DNA”（M-DNA）策略，這些元DNA結(jié)構(gòu)可通過自組裝形成微米尺度的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)。該工作以“Meta-DNA structures”為題發(fā)表于Nature Chemistry （https://www.nature.com/articles/s41557-020-0539-8）。
DNA的特異性堿基互補(bǔ)配對(duì)能力和“剛?cè)岵?jì)”的結(jié)構(gòu)特性，決定了DNA強(qiáng)大可控的自組裝性能。借助DNA折紙（DNA origami）技術(shù)，長的單鏈DNA（ssDNA）可在數(shù)百條短DNA鏈的幫助下被折疊成指定形狀，但是這些結(jié)構(gòu)的尺寸主要集中在幾納米到一兩百納米之間。迄今為止，研究人員一直很難組裝出更大（微米至毫米級(jí)）的DNA結(jié)構(gòu)，這嚴(yán)重限制了DNA折紙技術(shù)的廣泛使用。
為解決這一問題，該團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種通用的“元DNA”（M-DNA）策略，研制出了一種新型元DNA結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)與人頭發(fā)絲的寬度相當(dāng)，直徑是原始DNA納米結(jié)構(gòu)的1000倍。而且，這一亞微米級(jí)的6螺旋束DNA結(jié)構(gòu)可像放大版的單鏈DNA一樣自我組裝。利用元DNA，該團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一系列亞微米到微米級(jí)DNA體系結(jié)構(gòu)，包括元多結(jié)、3D多面體以及各種二維/三維晶格等。通過分層鏈置換反應(yīng)，可以將DNA的動(dòng)態(tài)特征轉(zhuǎn)移到元DNA上。此外，通過僅改變單個(gè)元DNA的局部柔性及其相互作用，團(tuán)隊(duì)成功構(gòu)建了從一維到三維的一系列亞微米或微米級(jí)DNA結(jié)構(gòu)，包括四面體、八面體、棱柱和六種緊密堆積的晶格等。
這種元DNA策略為精確構(gòu)建微米尺度甚至宏觀尺度的DNA結(jié)構(gòu)提供了一種全新的思路，有助于將DNA納米技術(shù)的精確構(gòu)筑能力從納米尺度提升至微米以上尺度，進(jìn)而幫助科研人員設(shè)計(jì)出更復(fù)雜的DNA電路、DNA分子機(jī)器和DNA納米器件。
撰稿：樊春海團(tuán)隊(duì)
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