科学家巧妙利用DNA的机械特征

        一种新型DNA纳米装置，具有决定蛋白能否从一种标记性DNA适配子上释放出来的能力；其发生条件是需要一种专门的DNA分子，它与适配子之间不存在着互补性的序列。

        多数人会直接将DNA和遗传信息的储存联系在一起；但对于像来自德国慕尼黑大学纳米科学研究中心的Friedrich  Simmel这样的物理学家来说，情况并非完全如此。“在工作中我对DNA所感兴趣的是，能否将有关加工任务的简单信息和机械行为或化学行为联系在一起，”他解释说：“一方面你知道了DNA编码，但同时DNA也具有一定的机械特征。”

        为了弄清楚DNA的两面特征，他带领自己的研究小组一直致力于DNA适配子的研究。适配子通过一种特定序列的方式和其它分子结合在一起；研究者可以通过一种构象变化诱导适配子将这些分子释放出来。在以前的工作中，Simmel设计出了一种可自由转换的适配子；当出现那种对一个DNA单链的竞争性结合时，而这种单链和结合适配子序列的蛋白具有互补的关系，适配子就能被诱导释放出凝血酶蛋白。DNA输入序列和适配子具有互补的关系；这一系统的局限在于，该系统对DNA输入序列具有严格的要求。Simmel的目标就是将输入序列与对蛋白释放所必需的序列分开。

        在近日发表于《核酸研究》上的一篇文章中，他的研究小组介绍了这样的一种DNA装置：它包含有四条DNA链和一个带有可选择的短序列标记的适配子。输入链取代连接器DNA分子中的保护链，使它与不活动的发夹形输出链结合起来，而输出链和适配子上的标记物具有互补的关系。连接器和输出链构成了一个类似两个发夹形状的环形，它的主干被一种限制酶切开，缩短了输出链的主干，瓦解了发夹结构的稳定性。接着，这一输出链很容易结合到适配子的标记序列上，触发了蛋白的释放。从原则上讲，输入链可源于任何序列，比如说在一些疾病状态下过度表达并触发治疗性蛋白释放的单个基因。

        然而，Simmel提出警告说，这种体内的应用虽然有趣，但离具体应用仍很遥远。一种警告是，并非所有的适配子都愿意释放它们的结合一个DNA序列的包裹蛋白。适配子越长，它的二级结构越复杂，它要想通过竞争性结合来触发分子释放就会更加困难。Simmel提出的第二个问题就是高背景值；这一蛋白大约有30%的部分独立于一种输入信号而被释放出来。但是，Simmel很自信地认为，这种情况可通过增加输出主干的长度获得弥补，因此使其在裂开之前减少伸展的倾向性。

        虽然目前这一可自由切换的适配子DNA装置仅仅是一种体外装置，Simmel却认为这种DNA纳米技术具有极为宽广的用途。他说：“它构成了一种小型分子计算装置的基础，该装置可以检测分子是否存在，决定一些东西然后触发另一种反应。”目前越来越多的生物学家关注DNA不仅能储藏信息，而且还与他们共事的物理学家学习如何利用DNA的双重功能；顺着这一思路，这一装置将会被成功地应用于体内。

        注：夏雨译自2006年5月号的《自然-方法学》，版权为英国NPG出版集团所有。更多信息请访问：http://www.natureasia.com/ch/naturemethods (责任编辑：泉水)

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