DNA小環為結構基元的DNA納米自組裝技術

《DNA小環為結構基元的DNA納米自組裝技術》是依託南京大學，由肖守軍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：DNA小環為結構基元的DNA納米自組裝技術
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：肖守軍
• 依託單位：南京大學

項目摘要

紐約大學Nadrian C. Seeman教授為首的科學家們於20世紀90年代發展的DNA（脫氧核糖核酸）納米自組裝技術及其套用是近年來備受關注的納米高技術領域，DNA納米技術利用DNA分子的Watson和Crick鹼基配對原則構建可操控的納米結構或器件，並套用於藥物遞送、生物感測、納米機器、和合成生物學等。DNA納米技術近20年的發展都使用線性DNA為基本原料，線性DNA的 5’-和3’-兩端在組裝DNA陣列的過程中可自由轉動和調整。環狀DNA的超螺旋與解旋狀態的相互轉換是生命過程中常見和重要的分子運動，環狀DNA沒有自由的端頭，鹼基配對過程中轉動和自我調節的自由度受限，但小環DNA（20至200個鹼基）雙鏈結構的剛性增加，我們將採用小環DNA設計和構建新的結構基元（motifs）和組裝0、1、2、3維納米結構，並籍此研究小環DNA的拓撲學性質和柔韌性，希冀為揭示生命的奧秘提供新視野。

結題摘要

紐約大學Seeman教授為首的科學家們於20世紀90年代發展的DNA納米自組裝技術及其套用是近年來備受關注的納米高技術領域，DNA納米技術利用DNA分子的Watson和Crick鹼基配對原則構建可操控的納米結構或器件，並套用於生物醫藥領域的藥物遞送、生物感測、納米機器、合成生物學及DNA存儲和運算等領域。DNA納米技術近30年的發展都使用線性DNA為基本原料，我們原始創新地使用小環DNA為支架設計和構建了多種新的結構基元、並組裝了0D、1D、2D、和3D的納米結構，特別是以長度為32nt、42nt、64nt、84nt、96nt、106nt、128nt的小環DNA為支架鏈成功設計和實現了構建穩定小環DNA分子瓦及組裝0至3D DNA 納米結構的規律和條件。通過大量的實驗和使用編碼理論透徹理解了一個以c64nt為支架構築1D納米管和螺旋線、2D平面結構、3D多層堆砌（nLS，n-layer stackup）結構的DNA納米建築術，以0和1的二進制數對c64nt小環構建的層層X-交叉的多層組裝系統進行編碼，發明了小環DNA納米結構中我們自己命名的ivitomer (intermediate vector induced tautomer)的異構體；小環DNA納米結構優於線性DNA納米結構的特點是穩定性高、韌性好、產率高、分子瓦可通過立體互作的鹼基pi-pi堆積和粘性末端互補進行可逆組裝/解組裝，特別是以鹼基堆積形式組裝的納米結構在生理環境範圍內的不同條件能夠可逆組裝和解組裝，這個優點給小環DNA納米結構在人類、動植物、及微生物等生命體系里的各種生物調控及套用提供了巨大的潛能；對小環DNA納米結構的進一步研究將拓展我們在拓撲學、DNA納米結構的對稱性、DNA存儲和邏輯運算、生命體中染色體和其它納米機器的構建術和奧秘等領域的新視野。