近日，瑞典研究人員開發(fā)出一種完全使用DNA單鏈構建納米級結構和形狀的技術。有讀者可能會問，這種技術有什么用？難道我們還要用DNA鏈3D打印一個兔子或者甜甜圈？其實，該技術的主要作用是創(chuàng)建出DNA大小的結構使其與人類細胞以及構成細胞的各種分子進行相互作用。人們可以對這些結構進行特殊設計，使其能夠為人體提供救生藥物或營養(yǎng)物質，其形狀將決定它們將會如何或在什么時候被人體吸收。

這就為徹底治愈人類面臨的一些重大疾病帶來了希望。比如說癌癥，醫(yī)生們可以使用這種技術關閉癌細胞的生長能力或者使其周圍組織腐爛。這些構建體也可用于傳遞藥物，使其被吸引到身體的特定部分，并只影響該區(qū)域，而不是破壞周圍的組織。據了解，這種折疊DNA的方法被稱為“DNA折紙術（DNA origami）”，雖然它并不是第一個被設計用來構建納米級DNA結構的方法，但是卻被認為是最通用、最簡化的一種方法。

實時自組裝的DNA納米結構

“三維DNA折紙術傳統(tǒng)上采用密排螺旋，它能夠產生實心磚般的形狀，人們可以使用干態(tài)負染色透射電子顯微鏡看到它。但是這種新的技術將DNA折紙術用在了生物研究中，但是在這個領域，DNA結構的有些屬性，比如在低鹽條件下的穩(wěn)定性和結構的靈活性十分重要，因此這里更加青睞單層、中空的結構。我們在這里報告的這種新的設計模式，采用了單獨的雙螺旋作為結構元件，而不是密排的螺旋束，從而完全緩解了對于鹽分進行非生理濃縮的需要。使得科學家們有望在細胞生物學方面以及活的有機體內進行更多的實驗，因為該模型系統(tǒng)條件和真正的生物環(huán)境之間更加匹配。”研究人員在這個星期發(fā)表在《Nature》上的論文中說。

該論文的主要作者Bjorn Hogberg博士和他的研究小組已經能夠用DNA單鏈構建出幾種形狀和配置，其中包括球形、棒形、瓶形、人形，甚至包括一只兔子。盡管DNA的直徑通常會小于100納米（0.0001毫米），但是這些DNA的構建體還不可能做到很小。不過這也不是業(yè)余的DNA設計師所能做到的。雖然這些形狀很容易設計，而實際打印出來則需要大量的資源，比如您需要對DNA進行排序并將它們吸取在一起，只有專業(yè)的研究實驗室才有可能做到這些。

不過Hogberg的團隊已經發(fā)布了完整的算法代碼，希望其他實驗室將能夠加入進來，簡化其技術。

成功組裝DNA納米結構的過程。

該技術的操作過程是這樣的，研究人員先將所需要的形狀輸入到計算機，然后通過一種專門的算法計算出以最有效的方式將一個長長的、連續(xù)的DNA鏈折疊成特殊的形狀。然后，還有一些DNA短鏈會起到“訂書針”的作用，會幫助維持已經形成的DNA形狀，并將其固定在適當的位置。這些“DNA訂書針”主要由兩個DNA序列構成，它們將會與DNA長鏈上的特定點相匹配。這些序列會與這些匹配點彼此吸引并與長鏈結合，使其作為一個穩(wěn)定的圍觀生物構建體保持在一起。

可以用基本的3D軟件編輯DNA結構

所以從字面上說，DNA折紙術其實也很簡單，一旦選定形狀之后，它們是自動構建，幾乎不需要人工干預。計算機算法會簡單地提供一個構建所需3D對象所需要的DNA鏈列表；然后該列表被發(fā)送到實驗室，在這里將會合成所需各個單獨的DNA鏈；最后，當所有的DNA鏈被混合在一起的時候，就會根據設計的互相結合，進行自組裝從而形成指定的形狀。

這種算法是由在瑞典Karolinska學院的Hogberg團隊開發(fā)的，并得到了來自芬蘭Aalto大學的一個團隊的幫助。他們共同發(fā)現，這些由單鏈、動態(tài)成形的DNA構建體是在分子水平上與人體相互作用的理想結構。為了能夠輕松地創(chuàng)建這些形狀，他們利用DNA的性質去模擬多邊的3D形狀，而這些3D形狀可在計算機設計中用于構建3D模型。這種方法不僅更加有效，而且更加容易與普通的3D設計和3D打印軟件兼容。