核酸分子設(shè)計(jì)最初藍(lán)圖的實(shí)現(xiàn)
2019年3月6日，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院魏迪明分子設(shè)計(jì)課題組和清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院向燁課題組在《自然通訊》（Nature Communications）雜志上在線發(fā)表題為“基于簡單模塊的復(fù)雜線框式DNA納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)建”（Complex wireframe DNA nanostructures from simple building blocks）的研究論文。
因?yàn)榫哂锌删幋a性，DNA 的自組裝已經(jīng)成為一種構(gòu)建復(fù)雜納米結(jié)構(gòu)和器件的有效方法。在DNA納米技術(shù)的最初階段，簡單的幾何體或者二維晶體可以被分支分子（branched molecules）作為結(jié)構(gòu)模塊成功構(gòu)建。經(jīng)過三十多年的發(fā)展，通過DNA折紙（scaffolded origami）和DNA單鏈模塊（single-stranded tiles/bricks）等方法，DNA納米結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和結(jié)構(gòu)大小都得到了飛躍性提升，而最初用簡單分支分子作為模塊的構(gòu)建方式逐漸淡出大家的視線。
在該研究中，參與人對核酸分子設(shè)計(jì)的最初藍(lán)圖進(jìn)行重新審視，以簡單分支的結(jié)構(gòu)單位作為構(gòu)建復(fù)雜結(jié)構(gòu)的模塊，系統(tǒng)形的構(gòu)建了一系列線框式結(jié)構(gòu)，如二維陣列結(jié)構(gòu)（2D arrays）、管狀結(jié)構(gòu)、多面體和多層三維陣列結(jié)構(gòu)（multi-layer 3D arrays）。由該方法構(gòu)建而成的線框式結(jié)構(gòu)具有較高的材料利用率、能夠提供大小形狀可控的不同孔隙，同時(shí)由于構(gòu)建結(jié)構(gòu)的每條短鏈DNA具有不同序列，使得此類結(jié)構(gòu)具有可尋址性、能進(jìn)行特定位點(diǎn)的序列設(shè)計(jì)和修飾，從而更好的服務(wù)于下游應(yīng)用。比如此研究中實(shí)現(xiàn)了多面體上特定蛋白質(zhì)的精確定點(diǎn)修飾，為特殊抗原呈遞、病毒自組裝提供全新思路。DNA納米科技的開創(chuàng)者納德里安·西曼（Nadrian C. Seeman）教授評(píng)價(jià)該工作“這就是我三十年前夢想要實(shí)現(xiàn)的東西”。
清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士后王雯和PTN聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生陳思煉為該文的共同第一作者。清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院魏迪明研究員和清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院向燁副教授為該文的共同通訊作者。美國Autodesk公司Byoungkwon An，法國蒙彼利埃大學(xué)Gaetan Bellot教授和美國埃默里大學(xué)柯勇剛教授也在研究中做出重要貢獻(xiàn)。該研究獲得國家自然科學(xué)基金委、清華-北大生命科學(xué)聯(lián)合中心、清華大學(xué)結(jié)構(gòu)生物學(xué)高精尖中心、中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部等基金資助。
全文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-08647-7
以簡單分支結(jié)構(gòu)構(gòu)建而成的線框式DNA納米結(jié)構(gòu)概覽。
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