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第一份DNA折纸术初学者指南

2061    2021-01-25    发布者:中国测试杂志社    来源:NIST 翻译:新闻中心

“DNA折纸术”的原理其实并不难,其实就是将DNA分子作为积木,然后通过一定技术,将它们搭建成人们想要的任何形式。那么为什么要用DNA分子呢?众所周知,要制造一台可以量产完全相同的物件且基本不出错的机器非常困难,而DNA双螺旋分子就是这样一台天然“机器”。DNA分子链上有关于遗传的全部信息,它必须要通过非常精确的碱基配对编码过程,才让生物的特性能够一代代延续下去。所以,DNA折纸术的最大特点就是“单位足够小”、“编码够精确”。

“我们希望将人们开发所需要的工具都整理在一起,并解释一些传统期刊文章中没有提到的东西。综述论文可能会告诉读者每个实验所做的所有事情,但并不能告诉大家他们是如何做到的,”Majikes说,“DNA折纸术依赖于DNA分子互补碱基对相互结合的能力。DNA的四个碱基——腺嘌呤(A)、胞嘧啶(C)、鸟嘌呤(G)和胸腺嘧啶(T), A与T结合,G与C结合。这意味着一个特定的As、 Ts、 Cs和Gs序列将找到并与它的补体结合。”

这种结合使短链DNA起到“订书钉”的作用,使长链部分折叠或连接独立的链,一个典型的折纸设计可能需要250个订书钉。通过这种方式DNA可以自我组装成各种形状,形成一个纳米级框架,在医疗、生物研究和环境监测中有用的纳米粒子都可以附着在这个框架上。

Majikes说,使用DNA折纸术的挑战是双重的。首先,研究人员正在使用专业术语(碱基对A、G、T和C)构造3D结构。此外,他们使用这些碱基对订书钉来扭转和解旋熟悉的DNA分子双螺旋,以便使链弯曲成特定的形状。这可能很难进行设计和可视化。Majikes和Liddle建议研究人员在研制前,可通过构建3D模型来增强设计直觉,例如用条形磁铁制成的雕塑。这些模型可以揭示折叠过程的哪些方面至关重要,哪些方面是次要的,然后应将其“展平”为2D模型,以与DNA折纸的计算机辅助设计工具兼容(该工具通常使用二维表示)。

Majikes指出,DNA折叠可以通过多种方式完成,有些效率比其他方法低,而有一些则会失败。

Liddle和Majikes计划在之后的工作中再写几篇手稿,详细说明如何成功地用DNA制造纳米器件。



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