在基因工程领域，精确切割与高效组装DNA片段是核心挑战之一。传统方法依赖限制性内切酶产生粘性末端，但这类酶仅识别特定序列，且常产生过短的粘性末端（通常为4碱基），导致连接效率低下。日本名古屋大学Hiroshi Abe教授与Masahito Inagaki助理教授联合岐阜大学Natsuhisa Oka教授，开发了一种基于银纳米粒子的化学切割策略，成功突破这一瓶颈。相关研究于2026年6月11日发表在《Nucleic Acids Research》上。

从银离子到银纳米粒子：化学切割的进化

研究团队最初尝试利用1990至1992年间报道的银离子反应——银离子可在特定位置切割3'-硫醇修饰的DNA。然而，银离子虽能有效切割DNA，却存在非特异性结合和沉淀问题，导致DNA回收率仅约14%，远低于实用需求。为此，研究者转向银纳米粒子，利用其可离心分离的特性，期望提高回收效率。实验显示，裸银纳米粒子在70°C下2小时内切割效率约50%，95°C下接近100%，但高温可能损伤长链DNA。为解决这一矛盾，团队引入聚乙二醇（PEG）包被技术。PEG是一种水溶性聚合物，能增强纳米粒子的稳定性和分散性。经PEG修饰后，在37°C下31小时内，切割效率从36%跃升至92%。Inagaki助理教授指出：“我们最终将条件优化至实用水平，在50°C下1至2小时内，PEG修饰的切割效率超过91%。”更重要的是，该方法能去除附着在纳米粒子表面的非目标DNA片段，使目标粘性末端片段保留在溶液中，DNA回收率从14%飙升至98%。

粘性末端长度突破：连接效率提升2至5倍

传统限制性内切酶通常产生4碱基粘性末端，而银纳米粒子技术可轻松生成8碱基甚至18碱基的粘性末端。当使用T4 DNA连接酶连接8碱基粘性末端时，连接效率约为传统方法的2倍；对于18碱基粘性末端，效率达到44%，而传统4碱基末端仅8%，提升达5倍。这一突破得益于化学切割的序列灵活性——银纳米粒子仅需目标位点存在3'-硫醇修饰，即可实现位点特异性切割，不受天然酶识别序列限制。研究团队进一步验证了该方法的实用性：他们成功组装了编码绿色荧光蛋白（GFP）的DNA片段，并将其导入人类HeLa细胞。GFP的成功表达证实了DNA组装的准确性。Inagaki表示：“我们相信这项技术将有助于合成基因组DNA，在mRNA文库构建（用于癌症疫苗和基因治疗）、人工蛋白药物开发以及基因组作物培育等领域具有广泛应用前景。”他同时指出下一步方向：“我们已经证明两个DNA片段可以连接，现在需要确认能否同时连接多个片段——这是构建基因组规模DNA的关键步骤。”