上海交通大學提出元DNA結(jié)構(gòu)自組裝概念并取得重要進展
近日，上海交通大學化學與化工學院樊春海院士團隊與美國亞利桑那州立大學Hao Yan（顏顥）教授團隊合作發(fā)展了一種通用的“元DNA”（M-DNA）策略，這些元DNA結(jié)構(gòu)可通過自組裝形成微米尺度的靜態(tài)與動態(tài)結(jié)構(gòu)。該工作以“Meta-DNA structures”為題發(fā)表于Nature Chemistry （https://www.nature.com/articles/s41557-020-0539-8）。
DNA的特異性堿基互補配對能力和“剛?cè)岵?/span>”的結(jié)構(gòu)特性，決定了DNA強大可控的自組裝性能。借助DNA折紙（DNA origami）技術，長的單鏈DNA（ssDNA）可在數(shù)百條短DNA鏈的幫助下被折疊成指定形狀，但是這些結(jié)構(gòu)的尺寸主要集中在幾納米到一兩百納米之間。迄今為止，研究人員一直很難組裝出更大（微米至毫米級）的DNA結(jié)構(gòu)，這嚴重限制了DNA折紙技術的廣泛使用。
為解決這一問題，該團隊發(fā)展了一種通用的“元DNA”（M-DNA）策略，研制出了一種新型元DNA結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)與人頭發(fā)絲的寬度相當，直徑是原始DNA納米結(jié)構(gòu)的1000倍。而且，這一亞微米級的6螺旋束DNA結(jié)構(gòu)可像放大版的單鏈DNA一樣自我組裝。利用元DNA，該團隊構(gòu)建了一系列亞微米到微米級DNA體系結(jié)構(gòu)，包括元多結(jié)、3D多面體以及各種二維/三維晶格等。通過分層鏈置換反應，可以將DNA的動態(tài)特征轉(zhuǎn)移到元DNA上。此外，通過僅改變單個元DNA的局部柔性及其相互作用，團隊成功構(gòu)建了從一維到三維的一系列亞微米或微米級DNA結(jié)構(gòu)，包括四面體、八面體、棱柱和六種緊密堆積的晶格等。
這種元DNA策略為精確構(gòu)建微米尺度甚至宏觀尺度的DNA結(jié)構(gòu)提供了一種全新的思路，有助于將DNA納米技術的精確構(gòu)筑能力從納米尺度提升至微米以上尺度，進而幫助科研人員設計出更復雜的DNA電路、DNA分子機器和DNA納米器件。
撰稿：樊春海團隊
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