《DNA分子機器調控的DNA tile組裝》是依託中國科學技術大學，由梁好均擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：DNA分子機器調控的DNA tile組裝
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：梁好均
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
DNA 作為可精確調控的反應基元被用於構建分子機器及組裝，並廣泛套用於 DNA 分子計算、疾病診治和生物感測等研究領域。在 DNA 組裝研究領域中，基於“DNA tile”的組裝引起人們很大興趣。通過設計“DNA tile”邊緣的接枝 DNA 鏈序列，能夠實現 DNA tile 的可控連結和組裝。在此申請中，我們擬構建基於“DNA tile”的組裝基元，邊緣接枝 DNA 單鏈長度和序列可以用於調控“DNA tile”基元間的“鍵接”方式和強度。藉助高分子化學科學領域的聚合反應概念，結合 DNA 分子機器驅動“DNA tile”組裝，實現基於“DNA tile”基元可控組裝和調控。此處由 DNA 鏈構建的 “DNA tile”組裝基元具有如下幾個優勢：（1） 結構更具有可設計性，接枝在DNA tile 側端的DNA 單鏈位置定址；（2）能夠形成一維線性和二維片狀結構。
結題摘要
本項目結合理論計算和實驗設計並構建基於DNA分子的組裝基元，通過DNA鏈替換控制基元間反應，用於調控系統的信號輸入和輸出，具體包括：（1）結合熵驅動催化網路和催化發卡組裝，並整合SNA組裝信號輸出系統構建了二級催化SNA組裝，上游催化循環反應體系的產物作為下游體系的反應物，實現了1 pM目標鏈，約~1×10^5倍的信號放大；（2）建立了基於Toehold介導DNA鏈替換反應調控DNA納米線的FRET信號輸出系統，其包為含一個供體和兩個受體的三色FRET體系。當輸入不同DNA鏈，將對應產生不同的FRET信號；相比於傳統的直接雜化檢測方法，本策略通過監視藍光激發下的顏色變化實現了在20分鐘內2 nM的檢測濃度，該方法也被用於在活細胞內的MicroRNA信號放大檢測；（3）構建了一種新的模型, 利用金納米顆粒和DNA系統在提高靈敏度的同時來抑制toehold介導的催化鏈替換反應中出現的泄露，相對於傳統的不使用燃料鏈的納米金和DNA系統而言, 是一個極大的改進；（4）DNA網路反應反應物的不可逆消耗和廢物的不斷積累和不可再生極大地限制了其發展和套用。通過核酸切口酶輔助，將廢底物轉化為反應底物，我們提出一種簡單的策略來構建可再生DNA循環，同時實現反應物的可再生和廢物的消除，實驗表明該反應通過簡單補充燃料鏈呈現出很好的可再生性；（5）核酸作為遺傳信息的載體和傳遞者，其鹼基突變如何影響它的結構、動態變化和功能等的機制尚不明確，我們選擇核酸適配體為研究對象，採用我們發展的核酸適配體高通量虛擬篩選方法SELEX in silico全面搜尋精氨醯胺適配體在序列空間中的毗鄰序列，研究鹼基突變如何改變它的空間構象、影響其靶標結合方式及親和力，成功預測並通過實驗驗證確定了兩種全新的、與原核酸適配體結合能力相當的精氨醯胺適配體。在項目資助下共發表論文17篇，培養博士研究生2名。
