研究人員發(fā)現(xiàn)自組裝DNA鏈的最佳長度
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- 時(shí)間:2010-11-1 10:06:26 來源:科技日?qǐng)?bào)
本報(bào)訊（記者 常麗君）據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)10月29日（北京時(shí)間）報(bào)道，美國北卡羅來納大學(xué)研究人員找到了開發(fā)DNA（脫氧核糖核酸）自組裝材料的最佳方法，該方法在藥物輸送以及分子傳感器等諸多領(lǐng)域具有重要價(jià)值。該技術(shù)進(jìn)展的關(guān)鍵是發(fā)現(xiàn)了用于自組裝的DNA鏈的最佳長度。
包含遺傳密碼的DNA鏈，會(huì)跟包含其獨(dú)特互補(bǔ)序列的另一鏈結(jié)合在一起。如果給材料噴涂一種特殊的DNA涂層，這種材料就會(huì)自動(dòng)找出與其相配的配對(duì)物并與之結(jié)合。這種被稱為DNA輔助自我組裝的概念，可創(chuàng)建出具有各種用途的自組裝材料，從而為生物醫(yī)學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域開拓廣闊前景。實(shí)際上，DNA自組裝技術(shù)不是一個(gè)新的概念，但其面臨一大障礙——片斷太短會(huì)無法實(shí)現(xiàn)自我組裝，而片斷太長會(huì)使材料變形。
在最新出版的《朗繆爾》雜志上，美國北卡羅來納大學(xué)和澳大利亞墨爾本大學(xué)的一個(gè)聯(lián)合研究小組為該問題提出了解決方案，他們從分子動(dòng)力學(xué)角度利用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)模擬，確定了自組裝DNA鏈的最佳長度。
在以DNA為基礎(chǔ)的納米尺度系統(tǒng)，DNA鏈的長度是一個(gè)重要因素。研究人員用計(jì)算機(jī)模擬DNA鏈和DNA層間的相互作用效果，以掌握DNA鏈長度對(duì)形成DNA薄膜的影響。
結(jié)果顯示，短鏈（少于10個(gè)堿基）和長鏈（超過30個(gè)堿基）的單鏈DNA無法生成最合適的膜，這是因?yàn)镈NA膜面的形成有一種自我保護(hù)機(jī)制。這也意味著這些鏈會(huì)互相結(jié)合，而不是和“配對(duì)”材料結(jié)合。這種機(jī)制讓它們能和其他層的DNA鏈結(jié)合，從而形成對(duì)DNA自身最適宜的組裝情形。論文合著者、北卡羅來納大學(xué)材料科學(xué)與工程副教授亞拉·英林說，最優(yōu)長度并不是太長，以便與其他的鏈互相結(jié)合；也不是太短，以便能有效地自我折疊。
在利用這種自組裝材料開發(fā)藥物遞送工具方面，墨爾本大學(xué)已經(jīng)研制出一種自組裝的DNA膠囊，其具有完全的生物適應(yīng)性、生物降解性，可在遇到特殊物理刺激時(shí)釋放藥物，從而使其成為最理想的藥物遞送工具。DNA自我組裝技術(shù)還可用于開發(fā)高效分子傳感器。利用DNA探測臨床上的重要生物分子并發(fā)出信號(hào)，這在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有重要的診斷應(yīng)用價(jià)值。
目前，研究人員正計(jì)劃探索在DNA自組裝中發(fā)揮重要作用的其他因素，如溫度、基因序列和環(huán)境等。
總編輯圈點(diǎn)
提起DNA，人們總是首先想到生命科學(xué)，其實(shí)就材料科學(xué)而言，它也是一支極具成長性的潛力股。在地球上進(jìn)化了幾億年的DNA分子，是自然界中一種最精確和最能程序化自組裝的穩(wěn)定體系。雖說是“自”組裝，但只有可控的自組裝才能根據(jù)人的意愿創(chuàng)造新物質(zhì)和產(chǎn)生新功能。在分子功能材料和納米科學(xué)領(lǐng)域，DNA鏈這個(gè)超級(jí)建筑模塊現(xiàn)在用起來還遠(yuǎn)未得心應(yīng)手。如果把它比作磚頭，我們今天終于知道做成多大尺寸才能又好又快地蓋大樓。(科技日?qǐng)?bào))
