华裔领军人物Science杂志发表最新成果

【字体: 时间:2011年04月27日 来源:生物通

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  来自亚利桑那州立大学生物设计研究所的研究人员利用一种新技术将不同半径的DNA链折叠成了三维形状,构建了类色花瓶和和甜甜圈的形状。这一研究成果为分子工程创制了更为多样的构件,并为制造能与生物分子相互作用的结构提供了一种方法。这一研究成果公布在Science杂志上。

  

生物通报道:来自亚利桑那州立大学生物设计研究所的研究人员利用一种新技术将不同半径的DNA链折叠成了三维形状,构建了类色花瓶和和甜甜圈的形状。这一研究成果为分子工程创制了更为多样的构件,并为制造能与生物分子相互作用的结构提供了一种方法。这一研究成果公布在Science杂志上。

领导这一研究的是亚利桑那州立大学生物设计研究所,结构DNA纳米技术华裔领军人物严浩(Hao Yan,音译),其研究组发表过多篇重要文章,曾研制出了一种能分析研究单个细胞内部基因表达的方式,以及蛋白活动情况的新型基因检测研究工具。

DNA是一种极佳的构件材料,因为它可被设计成具有某种特别的碱基序列,而这些碱基序列本身对它们的将与之结合的其它碱基有着非常高的选择性。 数种“DNA折纸”方法已经出现,这些方法利用DNA碱基配对来制造复杂的形状,但这些方法制造出的常常是2维的多角形。

在这篇文章中,研究人员设计了一种将DNA折叠成为弯曲、3维、纳米尺度的诸如烧瓶和甜甜圈形状的方法,他们先用不同半径的DNA链形成的环形物,再将这些环形物堆叠起来,从而形成了基本的3维形状,随后嵌入“交叉点”使DNA链与毗邻的环混为一体,最终将这一结构连在一起。

这种DNA折纸方法是将DNA股撮合在一起,使得它们的螺旋轴线相互平行,把物体形状解构成为圆圈形的轮廓线,设计可弯曲并遵循这些轮廓的DNA双股螺旋,通过在相邻轮廓上置入横跨结构而导入了3维的曲率。这种方法为分子工程创制了更为多样的构件,并为制造能与生物分子相互作用的结构提供了一种方法。

之前严浩研究组曾开发出了世界上第一种完全由自组装DNA纳米结构制成的基因检测平台。这一研究成果同样公布在Science杂志上。

DNA芯片和微阵列技术已经成为了价值数十亿美元的产业,科学家可以使用这项技术同时检查数千个基因的突变或者发现疾病的线索。然而,由于DNA探针是固定在微阵列芯片的固体表面上的,靶标寻找到探针是一个缓慢的过程。而且,很难把探针之间的距离控制在纳米精度上。

研究人员开发了一种水溶性纳米阵列,可以利用DNA自组装过程,而且还拥有宏观DNA芯片阵列所不具有的优点,与固体表面芯片不同,这种阵列本身就是反应物。这种方法可能对基因芯片技术有着广泛的影响,而且还可能革新在单个细胞内分析基因表达的方式。

(生物通:万纹)

原文摘要:

DNA Origami with Complex Curvatures in Three-Dimensional Space


We present a strategy to design and construct self-assembling DNA nanostructures that define intricate curved surfaces in three-dimensional (3D) space using the DNA origami folding technique. Double-helical DNA is bent to follow the rounded contours of the target object, and potential strand crossovers are subsequently identified. Concentric rings of DNA are used to generate in-plane curvature, constrained to 2D by rationally designed geometries and crossover networks. Out-of-plane curvature is introduced by adjusting the particular position and pattern of crossovers between adjacent DNA double helices, whose conformation often deviates from the natural, B-form twist density. A series of DNA nanostructures with high curvature—such as 2D arrangements of concentric rings and 3D spherical shells, ellipsoidal shells, and a nanoflask—were assembled.

亚利桑那州立大学生物设计研究所

亚利桑那州立大学的生物设计研究所(Biodesign Institute)把重点放在促进卫生保健、提供可再生能源和清洁我们的环境的创新、抢先制止全球传染病威胁以及增进国家安全的创新。利用集合了生物科学、纳米尺寸工程学以及先进计算技术的团队手段,研究所的目标是找到解决复杂全球挑战的方案,并让这些发现加速进入市场。该研究所还在每学期为超过250名学生提供手把手的实验室研究机会,从而教育未来的科学家。

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