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(A) 可编程DNA别构转导基本模型;(B)双位点别构信号调控;(C)四层级联DNA别构信号回路;(D)远程DNA别构信号转导纳米机器
近期,北京大学计算机学院生物计算团队(张成/许进课题组),联合华北电力大学、美国亚利桑那州立大学、埃默里大学、东南大学和清华大学等多家国内外科研团队,设计提出“纳米弹弓”结构的新型DNA别构信号转导机制,成功实现了DNA别构信号的可编程转导、多层级联构建和精细结构信号调控。2022年2月2日,相关成果以“Programmable Allosteric DNA Regulations for Molecular Networks and Nanomachines”为题,以research article形式在线发表于《科学·进展》(Science Advances)。
实验结果表明,该DNA别构信号可以通过改变结构信号的大小、位置甚至数量而实现别构精细调控。利用该DNA别构机制,联合研究团队实现了“扇入/扇出”、多层“级联”等基本DNA电路网络操作。同时,构建的计算仿真模型也得到了类似的别构调控效果。通过尝试对纳米机器进行远距离DNA别构信号转导和精细调控,在100nm尺度的自组装纳米机器上实现了别构信号隔空传递和15nm单纳米颗粒的响应释放。该研究不仅证明了新型DNA别构信号转导的可编程设计和精准调控能力,同时还拓展了其在分子信息处理、纳米机器和生物医药等领域的潜在应用。
北京大学计算机学院为该研究工作的第一完成单位,张成副研究员为论文的第一/通讯作者。北京大学许进教授、欧阳颀院士对本研究给予了悉心指导。该研究获得科技部重点研发计划、国家自然科学基金和北京市国际合作专项等资助,得到北京大学计算机学院和高可信软件技术教育部重点实验室的支持。