DNA也能像乐高一样玩?

医疗健康 来源:科技日报 作者:常丽君
2015
07/10
13:03
科技日报
作者:常丽君
医疗健康

最近,德国慕尼黑工业大学创造出了一些新型纳米设备:一个会动手臂的机器人,一本能打开、合上的书,一个能开关的齿轮传动装置,还有一个促动器——或许这些已经很吸引人了,但还不是重点。重要的是这些设备体现了科学上的突破——把DNA作为一种可编程的建筑材料,用于制造纳米级的结构和机器。

研究人员发表在《科学》杂志上的上述成果,揭示了一种新的DNA连接方法。重组和模块化的三维DNA组件有着互补的形状,能很容易扣在一起,而不是像拉链似的拉在一起的碱基对。这不但能造出会动的纳米机器,而且提供了一种工具包,使研究人员对模块自行组装编程更加容易。

新一代DNA折叠术

据慕尼黑理工大学教授亨德里克·戴茨介绍,这一领域通常叫做“DNA折叠术”,正在迅速走向实际应用。日前,戴茨因为在这一领域的研究获得了德国最重要的研究奖项——戈特弗里德·威廉·莱布尼茨奖。

近年来,戴茨和他的团队在DNA折叠术的应用方面迈出了重要的几步,比如开发出一些实验装置,包括一个由DNA制造的人工膜通道;发现了能大大节约时间的自组装程序,使整个组装过程从一周缩短到几小时;证明了极其复杂的结构也能按设计组装,并具有亚纳米级的精度。

然而,以往所有的进步都要用到“碱基配对”,以此决定溶液中每条链和DNA组合之间该怎么结合。新研究中最新奇的东西是“胶水”。

“一旦你用碱基对造出了一个组装单位,就很难打破它。”戴茨解释说,“所以动态结构所用的方法通常在结构上是很简单的。”为了能让会动的DNA纳米机器更普适,有更广泛的潜在用途,研究小组从自然的生物分子工具箱中借鉴了两种技术:蛋白质的形状互补方法和它们形成相对弱键的趋势,前者可以简化分子之间的对接,后者能在不需要时断开连接。

仿生可提高灵活性

研究人员还从一种自然机制中获得了灵感:让核酸分子通过比碱基对更弱的键“粘合”在一起。在自然界,当RNA基酶RNase P“认出”转移RNA时,利用它们的互补外形能形成这种弱键,分子则被引导到足够近的范围,就像宇宙飞船与空间站对接。

戴茨实验室的新技术模仿了这一方法。为造出动力DNA纳米机器,他们开始编程,让有着互补结构的3D模块自行组装,然后激活一种称为“核基堆积”的短距离结合机制,在空间里把这些单位模块搭扣在一起。他们有3种不同的方法,可以控制这些DNA模块的形状和功能。戴茨说:“这些带给我们的是分等级的作用力、按要求精确定位的能力以及模块彼此识别、相互匹配的稳定区域。”

戴茨小组由此造出了一系列DNA设备:从微米级的细丝,到会动的纳米机器,都显示了这一技术的潜在应用能力。

小组人员还传来一个三维纳米人型机器人的电子显微图,以确认它身上的模块是精确地按设计组合的。此外,他们还展示了一种简单的控制方法,能改变溶液的正离子浓度——这可以让DNA模块在不同组态之间切换:组装或解开,比如让机器人的“手臂”脱离,或留在它身上。

另一种方法是简单地提高或降低温度,也能让DNA纳米设备在不同结构状态之间“切换”,而这种方法被证明非常有效。对早期的DNA设备来说,需要分开和重连DNA碱基对,通过稀释和单边反应只能进行几轮切换,系统就会“疲劳”。小组论文中还描述了一种剪刀状的促动器,在4天时间里承受了1000多次的温度切换循环,而没有衰减的迹象。

戴茨补充说:“温度循环是把能量导入系统的一种方法,所以能把可逆的形状变换与某种可持续进程结合在一起的话,不仅能制造纳米机器,还能给它们提供能量。”

类似小孩子玩积木

值得一提的是,DNA设备灵活性的一方面,这只需添加形状互补零件就能实现,其关键技术就是弱键结合DNA纳米技术工具包。研究人员指出,只用“碱基配对”来编写自组装程序,就像用机器语言来写计算机代码。他们希望,新方法能让DNA折叠术在面向使用终端时更加容易,就像高级计算机程序语言的出现,刺激了软件工程的进步。

戴茨把这项工总比作是孩子们玩“乐高”积木,他说:“你只需把组合零件设计成互补的就可以,而无需再摆弄碱基对序列让它们来连接零件。”

来源:科技日报   作者:常丽君

为你推荐

打破蛋白互作,璞诺智药完成近亿元天使轮融资资讯

打破蛋白互作,璞诺智药完成近亿元天使轮融资

本轮融资由华盖资本和博远资本共同领投,薄荷天使基金等专业投资机构跟投。

2026-03-11 21:21

百时美施贵宝宣布口服药物mezigdomide治疗复发或难治性多发性骨髓瘤Ⅲ期研究SUCCESSOR-2的积极结果资讯

百时美施贵宝宣布口服药物mezigdomide治疗复发或难治性多发性骨髓瘤Ⅲ期研究SUCCESSOR-2的积极结果

这是mezigdomide首项获得积极结果的Ⅲ期研究,也是百时美施贵宝CELMoD项目第二项获得积极成果的Ⅲ期研究

2026-03-11 21:15

备思复联合帕博利珠单抗使顺铂耐受的肌层浸润性膀胱癌患者的复发或死亡风险降低近 50%资讯

备思复联合帕博利珠单抗使顺铂耐受的肌层浸润性膀胱癌患者的复发或死亡风险降低近 50%

在 III 期临床研究 EV-304 中,该联合疗法显著改善患者总生存期与病理完全缓解率,超半数患者在手术时未检测到病灶

2026-03-11 13:17

降 HbA1c 超 2.5%且多重获益,华东医药国产降糖新药HDM1005降糖2期数据揭晓资讯

降 HbA1c 超 2.5%且多重获益,华东医药国产降糖新药HDM1005降糖2期数据揭晓

本次研究为一项在饮食和运动或二甲双胍治疗后血糖控制不佳的2型糖尿病受试者中评价HDM1005注射液有效性和安全性的多中心、随机、盲法、平行、安慰剂和阳性对照的Ⅱ期临床研究

2026-03-10 19:38

维适平®中国大陆首张处方落地,为中重度溃疡性结肠炎患者开启治疗新篇章资讯

维适平®中国大陆首张处方落地,为中重度溃疡性结肠炎患者开启治疗新篇章

标志着这款溃疡性结肠炎(UC)首个且唯一口服S1P受体调节剂正式进入中国临床应用阶段

2026-03-10 18:26

艾凯生物完成A3轮超亿元融资,加速AI驱动iPSC细胞治疗与类器官平台升级资讯

艾凯生物完成A3轮超亿元融资,加速AI驱动iPSC细胞治疗与类器官平台升级

本轮融资由知壹投资与沃杰资本联合领投,联新资本持续追加投资,资金将重点用于推进AI驱动的iPSC细胞治疗产品临床转化,加速完善iPSC细胞治疗与类器官两大核心技术平台布局。

2026-03-10 18:22

中科搏锐斩获数千万B轮融资,推动脑机接口全产业链产业化落地资讯

中科搏锐斩获数千万B轮融资,推动脑机接口全产业链产业化落地

本轮融资由国内知名投资机构三泽创投独家投资,凯乘资本担任长期独家财务顾问,所筹资金将全力支撑公司深化脑机接口全产业链布局,加速尖端技术的临床转化与产业化落地。

2026-03-10 18:03

第102批仿制药参比制剂目录资讯

第102批仿制药参比制剂目录

经国家药品监督管理局仿制药质量和疗效一致性评价专家委员会审核确定,现发布仿制药参比制剂目录(第一百零二批)。

2026-03-10 17:02

康方生物全球首创三抗获批临床试验资讯

康方生物全球首创三抗获批临床试验

3月9日,据CDE官网临床默示许可显示,康方生物(09926 HK)自主研发的注射用AK150正式获批临床,适应症为晚期实体瘤。

2026-03-10 16:16

入选不足4月,和黄医药申请将达唯珂移出首版商保创新药目录资讯

入选不足4月,和黄医药申请将达唯珂移出首版商保创新药目录

国家医疗保障局办公室今日发布通知,自2026年3月9日起,撤销氢溴酸他泽司他片(商品名:达唯珂)在全国各省级医药采购平台挂网资格,并根据企业申请,将该药品移出《商业健康保...

2026-03-09 22:09

港股通调入13家医药健康企业,调出5家资讯

港股通调入13家医药健康企业,调出5家

近日,上海证券交易所官网发布最新港股通标调整通知,共42家企业被调入港股通,其中生物医药、医疗健康企业调入13家。

2026-03-08 19:19

CDE:抗肿瘤药物生物等效性及药代动力学比对研究受试者人群选择考虑资讯

CDE:抗肿瘤药物生物等效性及药代动力学比对研究受试者人群选择考虑

本指导原则主要基于小分子化学药物及单抗类药物的研究经验,为抗肿瘤药物 BE PK 比对研究中受试者人群的选择考虑提供建议。

2026-03-07 10:59

四家知名药企被暂停军队采购资讯

四家知名药企被暂停军队采购

近日,军队采购网发布一批“军队采购暂停名单”,其中涉及四家药企被列入暂停名单,具体为北京费森尤斯卡比医药有限公司、齐鲁制药有限公司、宜昌人福药业有限责任公司和江苏新...

2026-03-07 10:41

全球首个基础胰岛素/GLP-1RA周制剂诺和杰在中国获批资讯

全球首个基础胰岛素/GLP-1RA周制剂诺和杰在中国获批

诺和杰此次在中国获批,使中国成为该药品全球首个商业上市的国家。

2026-03-06 18:03

中科易微完成Pre-A轮融资,全力推进先进外泌体抗衰产品研发与产业化落地资讯

中科易微完成Pre-A轮融资,全力推进先进外泌体抗衰产品研发与产业化落地

本轮融资由长春长兴基金独家战略投资

2026-03-06 15:03

赛核生物完成数千万天使+轮融资,加速推进创新核药研发和临床试验资讯

赛核生物完成数千万天使+轮融资,加速推进创新核药研发和临床试验

本轮融资由老股东冷杉溪资本领投,隆泰投资跟投

2026-03-06 14:45

新一代 cAMP 偏向型 GLP-1 受体激动剂埃诺格鲁肽(先维盈)获批用于中国成人体重管理资讯

新一代 cAMP 偏向型 GLP-1 受体激动剂埃诺格鲁肽(先维盈)获批用于中国成人体重管理

在一项大型III期临床研究中展现出具有临床意义的减重效果:治疗48周时,受试者的平均体重下降达15 4%,其中92 8%的受试者实现了5%以上的体重减轻。

2026-03-06 12:38

新型长效胰淀素受体激动剂获批中国临床资讯

新型长效胰淀素受体激动剂获批中国临床

Eloralintide 3 项全球关键 Ⅲ 期临床研究同步中国开展

2026-03-05 11:09

11.8亿美元!德琪医药自免TCE双抗ATG-201授权优时比资讯

11.8亿美元!德琪医药自免TCE双抗ATG-201授权优时比

德琪医药将其自主研发的CD19 CD3双特异性T细胞连接抗体(TCE)ATG-201的全球开发、生产及商业化独家权益授予优时比,用于治疗B细胞相关自身免疫性疾病。

2026-03-04 20:05

产品创新中的专利战略资讯

产品创新中的专利战略

专利作为制约竞争对手设计相同或类似产品的壁垒,成为保护创新的良好手段。

文/英国IDC总部董事总经理Stephen Knowles博士 2026-03-04 15:38