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核酸份子設想的“復合型”進級

2022-03-15 10:58:18

份子自組裝在天然界中無處不在,并且在生物學、化學、資料學等范疇都有著普遍的操縱。因為具備可編碼性,DNA的自組裝逐步成為一種構建龐雜納米布局和器件的有用體例。顛末近四十多年的成長,DNA納米手藝范疇呈現了多種構建納米布局的體例,此中DNA折紙術和DNA份子“樂高”為兩大支流手藝。DNA折紙術以一條提取自噬菌體基因組的環狀單鏈DNA為骨架(scaffold),以野生設想并分解的大批幾十個堿基的寡核苷酸鏈作為幫助DNA短鏈(staples),幫助DNA短鏈經由過程堿基互補配對與骨架DNA特定位點連系,從而將骨架DNA折疊成指定外形。DNA折紙術可用于構建高龐雜度的納米布局,但布局單體的尺寸常常被骨架DNA的長度限定。在構建線框型布局時,骨架DNA在線框布局外部的走向設想也是也是一浩劫點,三維線框布局尤甚。DNA份子“樂高”體例構建的納米布局外部無骨架長鏈,由大批DNA短鏈經由過程互補配對構成DNA納米布局,是以實際尺寸能夠或許無窮大,但在停止高龐雜度布局的設想構建時,常常會呈現產率低、布局機器強度無限等題目。

本研討將兩種典范的構建計劃融會,復合操縱DNA折紙骨架模塊(scaffolded module)和無骨架份子“樂高”模塊(scaffold-free module)構建核酸納米布局,由多臂分支模塊法則擺列構成二維及三維線框型陣列,使布局的龐雜性和布局單體的尺寸都取得了大幅晉升,是核酸份子設想與自組裝范疇又一個很成心義的新體例。詳細來講,在線框式DNA折紙布局的根本上,經由過程嵌入差別的DNA份子“樂高”模塊,對布局停止部分革新,完成了布局在龐雜度和全體尺寸上的拓展,并證實了多種可替代模塊的通用性。二維布局中,針對四臂模塊構成的DNA折紙布局共設想了4種可替代的DNA份子“樂高”模塊,而針對六臂模塊構成的DNA折紙布局共設想了6種可替代的DNA份子“樂高”模塊,從而設想和構建了多個“嵌合體”復合型線框布局。三維布局中,設想了基于三維四臂模塊的斜六面體布局,布局可在兩個維度上停止尺寸革新。本研討任務充實證實了復合型線框式DNA納米布局構建體例的可行性,并摸索了設想參數的邊境及各類設想參數下所得布局的性子。由本體例構建而成的線框式布局具備高資料操縱率,布局內能夠或許可控的設想巨細外形可控的差別孔隙來包容多種客體份子(比方功效卵白質),同時因為構建布局的每條支架DNA具備差別序列,使得此類布局具備可尋址性、能停止特定位點的序列設想和潤色,從而更好的辦事于下流操縱。

此項研討的論文題為“骨架與無骨架模塊復合型線框式DNA納米布局”(Hybrid wireframe DNA nanostructures with scaffolded and scaffold-free modules),清華大學性命學院魏迪明份子設想課題組(MADlab)于2021年3月12日將其頒發在《德國操縱化學》(Angewandte Chemie)期刊上。

清華大先生性命迷信學院博士畢業生崔妍(現就任于北京市第二中學向陽黌舍)和本科畢業生顏峻(現為美國普林斯頓大學的博士研討生)為本文的配合第一作者, 清華大學性命迷信學院魏迪明副傳授為本文通信作者。顏峻取得了清華大學書院班名目幫助。本任務的展開取得國度天然迷信基金等基金名目的撐持。

無骨架份子“樂高”模塊(橙色)能夠或許多種體例整合入框架型DNA布局的折紙骨架模塊(白色)從而設想和構建復合型核酸納米布局。原子力顯微鏡照片附于響應表示圖旁。

原文鏈接:http://doi.org/10.1002/anie.202015564