利用DNA液滴检测早期疾病的新方法

【字体: 时间:2022年06月07日 来源:Advanced Functional Materials

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  DNA液滴等液滴系统是由大分子液-液相分离形成的,在细胞功能中起着至关重要的作用。现在,通过结合DNA液滴和DNA计算技术,东京工业大学的科学家开发出了计算DNA液滴,它可以识别肿瘤生物标志物microRNA序列中的特定模式。

  
   

Computational DNA Droplet That Uses Phase Separation to Recognize Micro-RNA Inputs    


大分子中液-液相分离(或凝聚)形成水液滴是生命科学研究的热点。在这些形成液滴的各种大分子中,DNA很有趣,因为它是可预测的和可编程的,这在纳米技术中很有用。最近,DNA的可编程性被用来构建和调控由序列设计的DNA凝聚形成的DNA液滴。

东京工业大学(Tokyo University of Technology)的一组科学家由Takinoue Masahiro教授领导,他们开发了一种计算DNA液滴,能够识别化学合成的microRNAs (miRNAs)的特定组合,作为肿瘤的生物标志物。利用这些miRNAs作为分子输入,通过物理的DNA液滴相分离,实现DNA逻辑计算输出。Takinoue教授解释了这种研究的必要性,“DNA液滴的应用已经在细胞激发的微室中得到了报道。尽管生物系统通过将生物传感与分子逻辑计算相结合来调节其功能,但目前还没有关于DNA液滴与分子计算相结合的文献。他们的研究结果发表在《高级功能材料》杂志上。

开发这种DNA液滴需要一系列的实验。首先,他们设计了三种y型DNA纳米结构,称为y基阵A、B和C,有三个粘性末端,以制造A、B和C型DNA液滴。通常情况下,相似的液滴会自动结合在一起,而将不同的液滴连接起来需要一种特殊的“连接器”分子。因此,他们使用连接子分子将A液滴与B液滴和C液滴连接起来;这些连接分子分别被称为AB和AC连接分子。

在他们的第一个实验中,他们通过引入两种输入dna来评估AB液滴混合物中的“与”操作。在这个操作中,有输入的记录为1,没有输入的记录为0。AB液滴混合物的相分离仅发生在(1,1)处,即两种输入dna都存在时,说明AND操作成功应用。在这项研究之后,科学家们决定将乳腺癌肿瘤标志物miRNA-1和miRNA-2引入AC液滴混合物中,作为and手术的输入。AND操作是成功的,这意味着计算DNA液滴识别了mirna。

在随后的实验中,该团队证明了在与miRNA-3和miRNA-4乳腺癌生物标志物的AB混合物中同时进行AND和NOT操作。最后,他们创造了一种ABC液滴混合物,并将所有4种乳腺癌生物标志物引入该溶液中。ABC液滴中的相分离依赖于连接子的解理,从而导致两相分离或三相分离。

ABC液滴的这种特性使研究人员能够证明检测一组已知的癌症生物标志物或同时检测三种疾病的标志物的能力。Takinoue教授也是通讯作者,他看到了计算DNA液滴的巨大潜力。他说:“如果能开发出一种可以整合和处理多种输入和输出的DNA液滴,我们就可以将其用于早期疾病检测以及药物输送系统。我们目前的研究也为开发智能人工细胞和分子机器人的研究提供了一个跳板。

文章标题

Computational DNA droplets recognizing miRNA sequence inputs based on liquid-liquid phase separation


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