尹鹏团队不到三个月连发《Nature》、《Nature》子刊

【字体: www.ebiotrade.com 时间:2017年11月8日 来源:生物通

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  今天《Nature Chemistry》发表文章,哈佛威斯生物工程研究所的Peng Yin(尹鹏)团队开发了一种让预先设计的DNA序列自主成长,并沿特定装配路径连接。这为新一代可编程分子器件开发提供了一个可用工具。

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合成生物学家和纳米生物学家门正在利用DNA重建,设计由自我组装材料构建的药物释放纳米结构。这些分子期间可感知周围环境,采取恰当的应对策略。如,检测身体环境中的炎症或毒素等。卢冠达团队报道新型基因电路,自动触发癌细胞免疫攻击

虽然这些纳米级应用设备往往涉及数以千计的DNA序列,但目前为止,研究人员还缺乏一种工具让大型单链序列自发生长,然后再尾对尾的互相连接,组合为多功能结构或设备。

今天《Nature Chemistry》发表文章,哈佛威斯生物工程研究所的Peng Yin(尹鹏)团队开发了一种让预先设计的DNA序列自主成长,并沿特定装配路径连接。这为新一代可编程分子器件开发提供了一个可用工具。

为了检验这一名为“引物交换反应(Primer Exchange Reaction,PER)”的新概念。研究人员用它成功设计了一组具有不同功能的设备,如能感知、放大、记录或对环境信号进行合理评估的自我构建DNA折纸和DNA纳米结构。

PER级联的启动需要两个基本组件:一种名为“催化DNA发夹介体(catalytic DNA hairpin mediator)”的单链DNA分子,它是带有短悬垂单链的发卡结构,悬垂部分的目的是捕捉PER级联的第二个组件“引物(primer)”。引物应包含与悬垂结构互补的序列区。

通过一系列的延伸和置换反应,引物被拓展了一段催化发夹介体序列,随后被驱逐出去。重获自由的催化发夹介体再进入下一轮级联进程,或是捕获新引物,或是捕获已被延长过的引物。

过去,一些固定的小序列副本被生产出来后,无法自发地装配形成更大的程序集合。“PEF级联反应器让完整的可编程的分子设备形成成为可能,填补了不同设备之间的兼容性问题,”项目领导人、哈佛医学院系统生物学教授Peng Yin说。“我们的数据显示,PEF在先进合成生物学领域将拥有广泛应用。”

利用新概念,团队目前制造了一系列具有不同应用的PER DNA转录产物,包括大型自组装DNA纳米结构“DNA折纸”和连接了癌症相关的小micro RNA的DNA转录合成物。甚至可产生源于不同触发事件逻辑评估的DNA转录,这一功能与今年8月尹教授团队在《Nature》发表文章提到的RNA计算纳米设备(RNA Ribocomputing Devices)类似。

有趣的是,PER DNA转录物还可以自我催化剪切任意靶RNA,变为在特定分子刺激下扩增的荧光标记探针,以“分子记录器”的身份忠实地反应它们所处环境中的特定分子信号。

由于这些合成路径相当于被给定了任务的分子机器人,在设定温度下该技术非常稳定。这种新方法提供了极大的创作空间。“我们不仅可以通过添加原材料,让相同的DNA序列生长,还能通过简单地改变催化发夹DNA的组成,‘复制粘贴’不同类型的DNA序列,最终产生复杂格局的DNA转录物,”文章一作Jocelyn Kishi说。

原文检索:
Programmable autonomous synthesis of single-stranded DNA  Nature Chemistry doi:10.1038/nchem.2872

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