郝燕（音译）及其同事设计并构建了一系列由单个DNA链组成的“纳米结”。这种自组装纳米结构遵循精确的、预编程的折叠顺序。
美国亚利桑那州立大学分子科学教授郝燕。
“结”是人类活动中不可缺少的工具之一。复杂如航海、垂钓和攀岩，简单如系鞋带，都离不开“结”的作用。但是，如果是在长度仅为十亿分之一米的DNA链上打结，那就需要极大的耐心和高度的专业知识了。
《自然•通讯》杂志报道，美国亚利桑那州立大学（ASU）的研究人员郝燕（音译，下同）与其同事张飞（音译）等，发现了一种诱导单链DNA片段形成复杂的二维和三维“结”结构的方法。这一成果是快速发展的DNA纳米技术中的重要进展，对微型机器人设备和药物传递系统等均有借鉴意义。ASU教授郝燕说：“DNA‘结’具有超乎想象的拓扑复杂性。单股DNA和RNA能穿过自身的链段，形成高度复杂的结构，很令人惊讶。”
DNA折纸技术，顾名思义，它是通过使用DNA和RNA等核酸的折叠和自组装成形成复杂结构的技术。当DNA中互补的核苷酸碱基接触并结合时，就会产生这种结果。在自然界中，核酸链段提供了合成复杂蛋白质所需的生物密码，这是地球生命的基础。利用DNA简单的碱基配对特性，设计出能够在实验室中自我组装的结构是可行的。DNA折纸技术自诞生之日起就取得了惊人的成绩，但研究人员始终无法通过可预测和可编程的方式在DNA中创造出复杂的结结构。郝燕等克服了这一障碍，并建立了精确的设计原则，可使1800~7500个核苷酸组成的单链片段形成类似结的纳米结构。该研究小组还证实，这种核酸纳米结构可以在实验室条件下和在生命系统中复制和放大。
郝燕等制造的“纳米结”虽然结构比合成结构简单得多，但它们与自然界有关联——在DNA、蛋白质和吞噬细胞的基因组中均可以观察到类似结构。通过精密计算，研究人员对折叠路径进行了优化，从而达到最高产量。而使用单链DNA制造“结”，成本更低。研究人员张飞说：“这项研究的一个重大挑战是如何提高结的组装效率。我们开发的分层折叠策略将折叠收率从0.9%提高到了57.9%。”
目前，郝燕等获得的最大DNA结由7500个碱基组成，交叉区域多达57个。相关创新工作仍在继续进行中。
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编译：雷鑫宇 审稿：alone 责编：张梦
期刊来源：《自然•通讯》
期刊编号：2041-1723
原文链接：https://phys.org/news/2018-11-tying-dna-nanostructures.html
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