美国杜克大学(Duke University)与亚利桑那州立大学(Arizona State University)的研究团队联手开发一新软件,透过算法可将线状 DNA 分子设计成奈米大小的立体结构物件,此创新的研究成果近期发表于 Science Advances 期刊中。
利用 DNA 结构“建构”,可应用于分子传递、药物运输等多领域
DNA 有如生命的蓝图,所有遗传指令皆搭载于其中,然而对于某些人来说,它可是建构的材料。
自 1980 年代以来,科学家就持续研究如何将 DNA 作为建构材料,目前可建构的模型为简单的立方体、金字塔等,表面粗糙的几何形状。但要设计出曲面结构,则是让科学家很头痛的棘手挑战。
来自亚利桑那州立大学的 Hao Yan 教授及其研究团队指出,透过让 DNA 形成弯曲的几何结构,可能为分子传递、药物运输及奈米分子合成等多领域带来革命性的影响。因此,该团队针对 DNA 奈米结构开发出了前所未知的多层自动化设计工具,期望未来有机会可应用于医学影像,甚至是成为金属奈米颗粒的模具。
DNA 由四个碱基所组成,分别为 A、T、C、G,在细胞中以 A 与 T 、C 与 G 的模式配对,形成阶梯般的构造。研究团队因此透过折叠数个长单链 DNA 及结合上百个短 DNA 链,再将其固定,设计出具有特定序列的 DNA 链,并对其进行编码,以拼凑出不同的形状。
DNA 所构成的“圆锥”、“葫芦”与“三叶草”
研究团队开发了名为 DNAxiS 的软件,其可将 DNA 双股螺旋盘绕成同心圆,再相互堆叠以形成特定形状。而为增加其结构的稳定性,研究团队还为额外其加装一层 DNA。有趣的是,该软件可透过算法来确保短链 DNA 固定的位置,以确保长链 DNA 环能连接彼此,形成特定形状。
研究团队指出,虽然此 DNA 结构设计软件离实际应用还需要数年的光阴,但研究成果已是为 DNA 建构材料卖出一大步。
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1. https://today.duke.edu/2022/12/designing-dna
2. https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ade4455
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