尹鵬團隊不到三個月連發《Nature》、《Nature》子刊

　　合成生物學家和納米生物學家門正在利用DNA重建，設計由自我組裝材料構建的藥物釋放納米結構。這些分子期間可感知周圍環境，采取恰當的應對策略。如檢測身體環境中的炎癥或毒素等。盧冠達團隊報道新型基因電路，自動觸發癌細胞免疫攻擊

　　雖然這些納米級應用設備往往涉及數以千計的DNA序列，但目前為止，研究人員還缺乏一種工具讓大型單鏈序列自發生長，然后再尾對尾的互相連接，組合為多功能結構或設備。

　　今天《Nature Chemistry》發表文章，哈佛威斯生物工程研究所的Peng Yin（尹鵬）團隊開發了一種讓預先設計的DNA序列自主成長，并沿特定裝配路徑連接。這為新一代可編程分子器件開發提供了一個可用工具。

　　為了檢驗這一名為“引物交換反應（Primer Exchange Reaction，PER)”的新概念。研究人員用它成功設計了一組具有不同功能的設備，如能感知、放大、記錄或對環境信號進行合理評估的自我構建DNA折紙和DNA納米結構。

　　PER級聯的啟動需要兩個基本組件：一種名為“催化DNA發夾介體（catalytic DNA hairpin mediator）”的單鏈DNA分子，它是帶有短懸垂單鏈的發卡結構，懸垂部分的目的是捕捉PER級聯的第二個組件“引物（primer）”。引物應包含與懸垂結構互補的序列區。

　　通過一系列的延伸和置換反應，引物被拓展了一段催化發夾介體序列，隨后被驅逐出去。重獲自由的催化發夾介體再進入下一輪級聯進程，或是捕獲新引物，或是捕獲已被延長過的引物。

　　過去，一些固定的小序列副本被生產出來后，無法自發地裝配形成更大的程序集合。“PEF級聯反應器讓完整的可編程的分子設備形成成為可能，填補了不同設備之間的兼容性問題，”項目領導人、哈佛醫學院系統生物學教授Peng Yin說。“我們的數據顯示，PEF在先進合成生物學領域將擁有廣泛應用。”

　　利用新概念，團隊目前制造了一系列具有不同應用的PER DNA轉錄產物，包括大型自組裝DNA納米結構“DNA折紙”和連接了癌癥相關的小micro RNA的DNA轉錄合成物。甚至可產生源于不同觸發事件邏輯評估的DNA轉錄，這一功能與今年8月尹教授團隊在《Nature》發表文章提到的RNA計算納米設備（RNA Ribocomputing Devices）類似。

　　有趣的是，PER DNA轉錄物還可以自我催化剪切任意靶RNA，變為在特定分子刺激下擴增的熒光標記探針，以“分子記錄器”的身份忠實地反應它們所處環境中的特定分子信號。

　　由于這些合成路徑相當于被給定了任務的分子機器人，在設定溫度下該技術非常穩定。這種新方法提供了極大的創作空間。“我們不僅可以通過添加原材料，讓相同的DNA序列生長，還能通過簡單地改變催化發夾DNA的組成，‘復制粘貼’不同類型的DNA序列，最終產生復雜格局的DNA轉錄物，”文章一作Jocelyn Kishi說。