國(guó)際著名期刊《ACS Nano》（IF 15.881）近日在線發(fā)表了生殖健康研究所肖先金教授題為Multifunctional Clip strand for regulation of DNA strand dis-placement and construction of complex DNA nanodevices的研究論文,。（論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c01763）
DNA納米技術(shù)是納米技術(shù)的一個(gè)重要分支，基于堿基互補(bǔ)配對(duì)的高特異性和可編程性,，DNA可以被設(shè)計(jì)成具有特殊功能的納米裝置,，例如DNA電路和DNA機(jī)器人,。目前,，這些功能強(qiáng)大的DNA納米裝置已經(jīng)在藥物遞送,、靶向識(shí)別,、光熱治療、生物成像,、合成生物學(xué)等諸多生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中取得了廣泛的應(yīng)用,，并逐漸成為未來(lái)醫(yī)藥技術(shù)的重要發(fā)展方向。
DNA鏈置換反應(yīng)是構(gòu)建各種DNA納米裝置的基礎(chǔ)元件,。其中,，Toehold介導(dǎo)的DNA鏈置換反應(yīng)的應(yīng)用最為廣泛。然而,，目前可用于精細(xì)調(diào)節(jié)Toehold介導(dǎo)的DNA鏈置換反應(yīng)的調(diào)控元件十分有限,，而且它們的調(diào)控功能單一，嚴(yán)重限制了DNA納米裝置向結(jié)構(gòu)更復(fù)雜,、功能更強(qiáng)大的方向發(fā)展,。
肖先金課題組開發(fā)了一種新型DNA鏈置換反應(yīng)調(diào)控元件：Clip。Clip元件集多種調(diào)控功能于一體,，包括反應(yīng)速率的精細(xì)調(diào)整,、變構(gòu)鏈置換、選擇性激活和重置反應(yīng),。新型調(diào)控工具為單鏈 DNA,，分為入侵區(qū)域（I）、調(diào)控區(qū)域（R）和目標(biāo)區(qū)域（T）,。I與部分入侵鏈互補(bǔ),，T與目標(biāo)dsDNA 互補(bǔ)，R 是長(zhǎng)度可調(diào)的區(qū)域,。通過(guò)調(diào)節(jié)R區(qū)域的長(zhǎng)度可以實(shí)現(xiàn)DNA鏈置換反應(yīng)速率的精細(xì)調(diào)控,。
圖一、（a）“Clip”元件工作機(jī)制原理圖,；（b-e）“Clip”調(diào)控DNA鏈置換反應(yīng)速率實(shí)驗(yàn)結(jié)果及動(dòng)力學(xué)模型,。
圖二、Clip元件編程DNA walker的行走路徑
利用Clip多功能的優(yōu)勢(shì),，我們進(jìn)一步構(gòu)建了基于Clip元件的DNA步行機(jī)（DNA walker）,，實(shí)現(xiàn)可控行走和可編程路徑的獨(dú)特功能。此外,，課題組還構(gòu)建了基于Clip元件的 AND/OR 邏輯門并集成這些邏輯門，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯電路,。查閱文獻(xiàn)可知,，我們構(gòu)建的 DNA 邏輯電路是第一個(gè)真正意義上可以重復(fù)計(jì)算、處理不同輸入信號(hào)的 DNA 電路,。
課題組開發(fā)的新型DNA鏈置換反應(yīng)調(diào)控元件“Clip”成功地對(duì)各種DNA納米機(jī)器進(jìn)行兼容,，實(shí)現(xiàn)多種靈活且復(fù)雜的功能，可以極大拓展DNA納米機(jī)器在核酸研究和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。
同濟(jì)醫(yī)學(xué)院生殖健康研究所是本文的唯一完成單位,。臨床醫(yī)學(xué)八年制15級(jí)本科生劉理權(quán),、臨床醫(yī)學(xué)八年制15級(jí)本科生胡清漪、臨床醫(yī)學(xué)八年制16級(jí)本科生張溫凱是本文的共同第一作者,。生殖健康研究所肖先金教授是本文的唯一通訊作者,。
肖先金教授是生殖健康研究所2016年引進(jìn)的人才，目前主持了國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目,、面上項(xiàng)目,，湖北省重大科技攻關(guān)子課題等8個(gè)項(xiàng)目，獲得了中國(guó)新銳科技人物卓越影響?yīng)?、武漢市晨光計(jì)劃,、華中科技大學(xué)學(xué)術(shù)新人獎(jiǎng)等人才獎(jiǎng)勵(lì)。入職華中科大五年來(lái),，發(fā)表第一作者/通訊作者論文30余篇,，包括Nature Communications、Nucleic Acids Research等,，總影響因子超過(guò)180,。
圖三、基于Clip的可重復(fù)運(yùn)算的DNA邏輯電路
此外,，肖先金教授積極探索臨床醫(yī)學(xué)八年制學(xué)生的科研培養(yǎng),，目前，課題組有10名臨床醫(yī)學(xué)八年制學(xué)生,，發(fā)表了第一作者論文10余篇,，其中兩名八年制學(xué)生分別獲得湖北省優(yōu)秀大學(xué)生科研成果獎(jiǎng)一、二等獎(jiǎng),。
生殖健康研究所長(zhǎng)期以來(lái)大力支持學(xué)科交叉,、融合創(chuàng)新與前沿探索，為青年人才的發(fā)展提供了良好的環(huán)境,。同時(shí),，研究所積極鼓勵(lì)本科生了解生殖醫(yī)學(xué)、參與相關(guān)科學(xué)研究,，為建設(shè)生殖醫(yī)學(xué)本科專業(yè)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),。
English
