上海應物所等在DNA分子機器領域取得進展

上海應物所等在DNA分子機器領域取得進展

近期,中國科學院上海應用物理研究所與華東師范大學合作,在DNA分子機器方面取得新進展,構建了一種核酸外切酶驅動的高效DNA行走機器人。相關結果發表在《德國應用化學》(Angew.Chem. Int. Ed. 2017, 56, 1855)上。

  細胞內許多功能的實現和宏觀世界中的機器運轉有異曲同工之妙,這些自然界的分子機器由經過億萬年進化產生的生物大分子構成。而在試管中模擬細胞內的動態有序結構,構筑人工分子機器則引起了研究者的廣泛興趣。2016年諾貝爾化學獎即授予“分子機器的設計和合成”。DNA分子具有強大的序列可編程性及精確的分子識別能力,被認為是設計分子機器的重要元件。設計并構建高效率的DNA分子機器,在藥物運輸治療、DNA并行計算和生物傳感檢測等領域具有重要的應用潛力。然而,以往合成的DNA分子機器可持續巡航能力往往比較低。針對這一技術難點,上海應物所物理生物學研究室研究員樊春海與華東師范大學教授裴昊等合作,構建了一種核酸外切酶驅動的高效DNA行走機器人。他們發現通過調控DNA分子在金納米粒子表面上的構象、密度和取向,可以顯著改變酶分子與DNA之間的相互作用力。在此基礎上,通過調控納米界面上的 DNA 分子的空間排布,設計出一種可實現DNA分子在金納米粒子表面自發運動行走的分子機器。這種分子機器的運行機制還可應用于發展信號放大策略,實現對DNA雜交過程的高靈敏檢測。這一研究為設計新的智能診療器件及分子計算機提供了新的原理和策略。


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