四篇Nature重量级论文:华人研究组报道DNA折纸突破进展

【字体: www.ebiotrade.com 时间:2017年12月8日 来源:生物通

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  DNA是一种强大的构建载体,它的序列可以被设计,精确自我组装。由此2006年美国加州理工学院计算机生物工程师Paul Rothemund开发了一种“DNA折纸术”,最新一期(12月6日)的Nature杂志上公布了四项最新突破性成果,三个研究小组利用各种新策略,组装出了比以前更大的DNA结构,而且这些方法也能帮助DNA折纸以更低成本批量生产,这代表着这一研究领域的一大跃进。

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——三种新方法利用DNA生成了最大的DNA折纸结构,这些自组装结构包括纳米泰迪熊,还有纳米蒙娜丽莎

生物通报道:DNA是一种强大的构建载体,它的序列可以被设计,精确自我组装。由此2006年美国加州理工学院计算机生物工程师Paul Rothemund开发了一种“DNA折纸术”( DNA origami technique),像折叠一条长带子那样,把一条DNA长链反复折叠,形成需要的图形,就像用一根单线条绘制出整幅图画。经过近十年的发展,DNA折纸技术已经变得更加强大了。最新一期(12月6日)的Nature杂志上公布了四项最新突破性成果,三个研究小组利用各种新策略,组装出了比以前更大的DNA结构,而且这些方法也能帮助DNA折纸以更低成本批量生产,这代表着这一研究领域的一大跃进。

分形组装过程构建蒙娜丽莎的概念动画

来自加州理工学院生物工程系的钱璐璐(Lulu Qian)博士早年师从上海交通大学贺林院士,她一直都对生物纳米技术与DNA分子计算感兴趣,几年前就曾与加州理工学院合作,利用人工合成的DNA分子,在试管中制成了当时最复杂的生化电路。今年9月,其研究组在Science杂志上发表了全新DNA“机器人”的重要成果,解决了现有的机器人不能自动行走等局限问题。华人青年学者最新Science再发重要成果:从人工生化电路到DNA机器人

在最新的Nature论文(“Fractal assembly of micrometre-scale DNA origami arrays with arbitrary patterns”)中,钱博士等人受到数学中“分形(Fractals) ”概念的启发,研发出了一种成本低廉的新折纸技术。

“分形(Fractals) ”其实是指不同尺寸的相关物体重复出现,比如不同大小的血管,或者雪花晶体。“如果要从一组特殊的DNA链开始,构建非常复杂的DNA纳米结构,就必须将组装过程分解成多个更简单的步骤。在每一步中,几个较小的结构单元都是在各自试管中组装出来,然后再将它们混合在一起,进一步自组装成更大的结构”,钱博士说。她的研究团队也开发了在线软件,从而其他研究组也可以使用这一技术了。

公鸡,细菌和蒙娜丽莎的“DNA折纸”原子力显微图像


来自慕尼黑理工大学的生物物理学家Hendrik Dietz的研究小组则是采用的DNA折纸技术与逐步构建策略,也就是自然界中分子机器采用的方法,例如对称性和多层次的装配过程。这些方法令他的团队“从DNA折纸之前的megadalton单位发展成了gigadalton单位”。

另一篇文章(“Biotechnological mass production of DNA origami”)中,Dietz等人还利用噬菌体大量生产自切割单链DNA,然后将其组装成肉眼可见的纳米结构。

中间组装产物的透射电子显微照片(左)和完全组装的十二面体(右)。缩放比例为50纳米

 

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