美国研究者发现用于自组装的DNA链的最佳长度

美国北卡罗来纳大学研究人员找到了开发DNA(脱氧核糖核酸)自组装材料的最佳方法,该方法在药物输送以及分子传感器等诸多领域具有重要价值。该技术进展的关键是发现了用于自组装的DNA链的最佳长度。

包含遗传密码的DNA链,会跟包含其独特互补序列的另一链结合在一起。如果给DNA双链包被一种特殊的DNA涂层,这种材料就会自动找出与其相配的配对物并与之结合。这种技术被称为DNA辅助自我组装,将这种技术应用于生物医学和材料科学领域,可创建出具有各种用途的自组装材料。实际上,DNA自组装技术并不是一个新近提出的概念,它曾面临过多种障碍,其中之一就是DNA片断太短会无法实现自我组装,而片断太长会使材料变形。

美国北卡罗来纳大学和澳大利亚墨尔本大学的一个联合研究小组为该问题提出了解决方案,他们利用计算机数据模拟来确定自组装DNA链的最佳长度。

该研究的合著者之一,北卡罗来纳州立大学材料和工程科学助理教授Yara Yingling博士指出:“DNA链过长或过短都会形成自我保护模序,从而阻止“配对”材料与之结合”。

结果显示,短链(少于10个碱基)和长链(超过30个碱基)的单链DNA无法生成最合适的膜,这是因为DNA膜面的形成有一种自我保护机制。这也意味着这些链会互相结合,而不是和“配对”材料结合。这种机制让它们能和其他层的DNA链结合,从而形成对DNA自身最适宜的组装状态。

在利用这种自组装材料开发药物输送工具方面,墨尔本大学已经研制出一种自组装的DNA胶囊,其具有完全的生物适应性、生物降解性,可在遇到特殊物理刺激时释放药物,从而使其成为最理想的药物输送工具。DNA自我组装技术还可用于开发高效分子传感器。利用DNA探测临床上的重要生物分子并发出信号,这在疾病的诊断上具有重大的应用价值。

目前,研究人员正计划探索在DNA自组装中发挥重要作用的其他因素,如温度、基因序列和组装区的微环境等。

该研究 Effect of Oligonucleotide Length on the Assembly of DNA Materials: Molecular Dynamics Simulations of Layer-by-Layer DNA Films 发表在10月12日的《朗缪尔》(Langmuir)杂志上。

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