美科學(xué)家開發(fā)出自組裝DNA納米結(jié)構(gòu)基因檢測平臺 
        美國亞利桑那州立大學(xué)生物設(shè)計(jì)研究所的科學(xué)家，開發(fā)出了世界上*種*由自組裝DNA納米結(jié)構(gòu)制成的基因檢測平臺。該成果發(fā)表在了1月11日出版的《科學(xué)》（Science）雜志上，它可能對基因芯片技術(shù)有著廣泛的影響，而且還可能革新在單個細(xì)胞內(nèi)分析基因表達(dá)的方式。
 
“我們從生物學(xué)中zui的結(jié)構(gòu)開始研究，也就是DNA，然后把它當(dāng)成一種納米尺度的建筑材料，”該研究所的單分子生物物理學(xué)中心的成員、文理學(xué)院化學(xué)和生物化學(xué)助教授HaoYan說。
 
    HaoYan是稱之為結(jié)構(gòu)DNA納米技術(shù)這一快速發(fā)展的領(lǐng)域中的一位研究人員。該技術(shù)把生物分子組裝成各種納米結(jié)構(gòu)，在從人類健康到納米電子學(xué)的諸多領(lǐng)域都有應(yīng)用。
 
    HaoYan*的亞利桑那州立大學(xué)的一支跨學(xué)科研究組，開發(fā)了一種利用結(jié)構(gòu)DNA納米技術(shù)瞄準(zhǔn)稱為RNA的基因化學(xué)信使的方法。
 
    這個研究組的成員包括：論文*作者、化學(xué)和生物化學(xué)研究生Yonggang Ke；化學(xué)和生物化學(xué)助教授Yan Liu；單分子生物物理中心主任、物理學(xué)教授Stuart Lindsay；以及生命科學(xué)學(xué)院的副教授Yung Chang。
 
    “這是一種強(qiáng)有力的技術(shù)的*實(shí)踐應(yīng)用之一，此前，該技術(shù)主要是研究示范的課題，”Lindsay說。“結(jié)構(gòu)DNA納米技術(shù)的領(lǐng)域zui近出現(xiàn)了令人非常激動的進(jìn)展，即Ned Seeman、Erik Winfree及其同事zui先示范了用瓦片DNA自組裝構(gòu)建幾何與拓?fù)浼{米結(jié)構(gòu)，”Hao Yan說。
 
    zui近空間可尋址的DNA納米陣列的突破是來自Paul Rothemund的關(guān)于腳手架DNA折紙技術(shù)的研究，在這種技術(shù)中，一種長的單鏈病毒DNA腳手架可以被大量的短合成“輔助鏈”折疊并釘在納米結(jié)構(gòu)上，顯示出復(fù)雜的圖案。
 
“但是結(jié)構(gòu)DNA納米技術(shù)在生物應(yīng)用方面的潛力被低估了，如果我們看看DNA自組裝的過程，你會驚奇地發(fā)現(xiàn)數(shù)以萬億的DNA納米結(jié)構(gòu)可以在幾微升的溶液里同時形成，非常重要的是，它們具有生物相容性且易溶于水，”Hao Yan說。
 
    DNA芯片和微陣列技術(shù)已經(jīng)成為了價(jià)值數(shù)十億美元的產(chǎn)業(yè)，科學(xué)家可以使用這項(xiàng)技術(shù)同時檢查數(shù)千個基因的突變或者發(fā)現(xiàn)疾病的線索。然而，由于DNA探針是固定在微陣列芯片的固體表面上的，靶標(biāo)尋找到探針是一個緩慢的過程。而且，很難把探針之間的距離控制在納米精度上。
 
“在這項(xiàng)研究中，我們開發(fā)了一種水溶性納米陣列，可以利用DNA自組裝過程，而且還擁有宏觀DNA芯片陣列所不具有的優(yōu)點(diǎn)，”Hao Yan說。“與固體表面芯片不同，這種陣列本身就是反應(yīng)物。”
 
    為了DNA折紙技術(shù)的RNA探針，Hao Yan利用了DNA化學(xué)字母的基本配對規(guī)則（“A”只能與“T”形成一個類似于拉鏈的化學(xué)鍵，而“G”只能與“C”配對）。通過控制這些堿基在一段合成DNA拷貝中的準(zhǔn)確位置，Hao Yan編制了一個單鏈基因組DNA，稱為M13，制成了含有針對特定基因表達(dá)靶標(biāo)的探針的納米瓦片。
 
    Hao Yan把這種自我裝配的DNA納米陣列稱作核酸探針瓦片，它們看上去就像納米尺寸的郵票。只用一步，M13腳手架系統(tǒng)就可以出100萬億個瓦片，產(chǎn)率接近*。
 
    Hao Yan的研究組設(shè)計(jì)了三種不同的DNA探針瓦片，用于檢測三種不同的RNA基因，還設(shè)計(jì)了一個條碼索引用于把不同的瓦片區(qū)分開來。“每一個探針都可以通過自身的條碼加以辨別，因此我們把它們混合在同一個溶液中，然后我們用它進(jìn)行多元檢測，”Hao Yan說。這個研究組使用了一種強(qiáng)大的儀器，稱為原子力顯微鏡（AFM）。這種儀器可以讓科學(xué)家在單分子水平上拍攝瓦片的圖像。
 
    在每一個DNA探針瓦片的表面有一條懸掛著的單鏈斷，可以與目標(biāo)RNA靶標(biāo)結(jié)合。“每一個探針實(shí)際上都含有兩個一半的探針，當(dāng)靶標(biāo)RNA到來的時候，它將與半探針雜交，讓單鏈懸掛探針變成剛硬的結(jié)構(gòu)，”Hao Yan說。“當(dāng)它變硬后，它就會被原子力顯微鏡的懸臂感覺到，你就能看到一條亮線，代表高度增加。結(jié)果實(shí)現(xiàn)了一個機(jī)械的、不需要標(biāo)簽的檢測。”
 
    這種技術(shù)還能檢測微量的RNA。“由于在原則上DNA-RNA雜交的親和力如此之強(qiáng)，僅僅一個分子就可以與探針瓦片雜交，” Hao Yan說。
 
    盡管還有許多技術(shù)障礙有待克服，這個研究組對于該技術(shù)的可能應(yīng)用感到激動。“我們的方法所提供的是水溶性探針瓦片反應(yīng)物，因此樣本的容量有可能縮小到單細(xì)胞容量的水平。我們的zui終目標(biāo)是在單細(xì)胞水平上檢測RNA基因表達(dá)。”