多篇Nature論文利用DNA折紙術構建出迄今為止最大的結構

　　DNA是一種強大的構造材料，這是因為它的序列能夠經設計后允許精確地控制自組裝。在一種被稱作DNA折紙術（DNA origami）的制造技術中，一條較長的支架DNA鏈與互補的短DNA鏈結合，從而形成一種納米結構。

圖片來自Grigory Tikhomirov, Philip Petersen和Lulu Qian/Caltech

　　科學家們花了十年的時間來讓DNA折紙術變得更便宜和利用它構造出更大的結構。如今，四項都發表在2017年12月7日的Nature期刊上的研究代表著在這方面取得重大的進展。三個研究小組采用各種策略組裝出比之前更大的DNA結構，并且開發出一種允許以更低成本大批量開展DNA折紙術的方法。

　　美國加州理工學院（Caltech）的生物工程師Lulu Qian和同事們構建出一種從分形中受到啟發的技術。分形是一種數學原理，在這種數學原理中，相同的規則在不同的尺度下重復出現，如血管的分支，或者雪花上的晶體。Qian 解釋道，“為了利用一小組獨特的DNA鏈構建出非常復雜的DNA納米結構，我們必須將這種組裝過程分解為多個更加簡單的步驟。在每個步驟中，幾個較小的結構都是在不同的試管中進行自組裝的，隨后將它們結合在一起進一步自組裝成更大的結構。”她的團隊開出在線軟件，這將允許其他的團隊使用這種技術。

　　德國慕尼黑理工大學生物物理學家Hendrik Dietz及其團隊將DNA折紙術與逐步策略結合起來，這些策略與自然界中用于構建分子機器的策略（如對稱性和多層次的組裝結構）并無不同。這些方法允許他的團隊“讓DNA折紙術從之前的百萬道爾頓規模邁向十億道爾頓規模（gigadalton scale）。”在另一篇論文中，他的團隊利用噬菌體大量地產生自我切割的單鏈DNA，隨后組裝成足夠大到肉眼可見的納米結構。

　　美國哈佛醫學院懷斯生物啟發工程研究所（Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering）系統生物學家Peng Yin和同事們采用了一種替代性的策略。他們并沒有使用傳統DNA折紙術中較長的支架DNA鏈和較短的互補鏈，而是利用較短的DNA鏈構建出含有52個核苷酸的DNA磚。Yin說，“與傳統的支架折紙術相比，這些DNA磚具有許多優點。首先，它們具有模塊化結構。這意味著如果你想要設計不同的形狀，那么你只需從現有的DNA磚的主庫中進行選擇。而且，由于你不再需要處理較長的支架鏈，至少在原則上它應該具有更大的擴展性。”

　　這些研究人員都希望增加結構尺寸和最大限度地提高核酸生產能力將讓人們能夠構建和測試具有各種應用的分子結構。Dietz說，他的團隊對分子療法特別感興趣。他解釋道，“你能夠在這些納米結構的表面上呈遞作為抗原的蛋白，隨后你會獲得免疫反應，而不必讓有機體接觸真正的病毒。它們將是完成人工合成的，因而有潛力在健康方面具有很多有趣的應用。”