通过三螺旋结构形成，从固定的环状DNA中增强蛋白质合成

《Analyst》：Enhanced protein synthesis from immobilized circular DNA via triple-helix formation

高效蛋白合成与生物传感器应用的三螺旋环状DNA固定化策略

　　这项研究提出了一种创新的方法，用于在固相表面高效地固定圆形DNA，从而提升电化学DNA传感器、生物传感器以及生物电极的性能。研究人员通过构建三螺旋结构，实现了圆形DNA在基底表面的高密度和定向固定。这种方法的关键在于将生物素标记的同源嘧啶单链DNA（第三链）与含有同源嘌呤-同源嘧啶（Pu-Py）序列的圆形DNA进行杂交，形成稳定的三螺旋区域。随后，这种带有三螺旋结构的生物素化圆形DNA被有效地固定在生物素-链霉亲和素功能化的基底表面，从而为后续的蛋白质合成提供了稳定且可重复利用的模板。

在实验中，研究人员使用了无细胞蛋白合成系统，以评估固定后的圆形DNA作为模板的蛋白质合成效率。结果显示，固定在基底上的圆形DNA能够合成出比线性DNA高约4.6倍的DsRed荧光蛋白。这一显著提升可能源于圆形DNA在无细胞系统中的稳定性和高转录活性。此外，研究人员还验证了这种固定方法的可重复性，发现即使经过多次使用，圆形DNA模板仍能保持较高的蛋白质产量。然而，由于无细胞蛋白合成反应通常在接近中性的pH环境下进行，这可能导致三螺旋结构的稳定性下降，从而影响DNA的重复利用效率。因此，未来的研究可以探索在中性pH条件下增强三螺旋结构稳定性的策略，例如通过化学修饰第三链或采用其他稳定的三螺旋形成化学方法。

研究团队还进行了对照实验，比较了固定圆形DNA与未固定圆形DNA在无细胞系统中的蛋白质合成效果。结果表明，固定在基底上的圆形DNA能够产生与溶液中自由存在的圆形DNA相似的蛋白质产量，这表明固定的DNA模板不会影响其转录和翻译的可及性。这种固定方法不仅提高了蛋白质合成的效率，还通过稳定DNA模板和实现多次重复使用，为生物传感和生物工程应用提供了新的可能性。

通过这项研究，科学家们展示了三螺旋介导的圆形DNA固定方法在生物传感、生物电子设备和下一代DNA/蛋白质阵列技术中的应用潜力。这种方法的高效性和可重复性，为开发高性能的生物界面和推动分析与合成生物学领域的创新提供了重要的技术支持。研究团队认为，这种策略能够促进DNA在表面的遗传反应，为未来的生物技术应用开辟新的方向。此外，这项技术的广泛应用前景，尤其是在可重复使用和高产量的生物传感器开发方面，表明其在生物技术领域的价值。