近期，中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所與華東師范大學(xué)合作，在DNA分子機(jī)器方面取得新進(jìn)展，構(gòu)建了一種核酸外切酶驅(qū)動的高效DNA行走機(jī)器人。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》(Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 1855)上。

細(xì)胞內(nèi)許多功能的實(shí)現(xiàn)和宏觀世界中的機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)有異曲同工之妙，這些自然界的分子機(jī)器由經(jīng)過億萬年進(jìn)化產(chǎn)生的生物大分子構(gòu)成。而在試管中模擬細(xì)胞內(nèi)的動態(tài)有序結(jié)構(gòu)，構(gòu)筑人工分子機(jī)器則引起了研究者的廣泛興趣。2016年諾貝爾化學(xué)獎即授予“分子機(jī)器的設(shè)計(jì)和合成”。DNA分子具有強(qiáng)大的序列可編程性及精確的分子識別能力，被認(rèn)為是設(shè)計(jì)分子機(jī)器的重要元件。設(shè)計(jì)并構(gòu)建高效率的DNA分子機(jī)器，在藥物運(yùn)輸治療、DNA并行計(jì)算和生物傳感檢測等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用潛力。然而，以往合成的DNA分子機(jī)器可持續(xù)巡航能力往往比較低。針對這一技術(shù)難點(diǎn)，上海應(yīng)物所物理生物學(xué)研究室研究員樊春海與華東師范大學(xué)教授裴昊等合作，構(gòu)建了一種核酸外切酶驅(qū)動的高效DNA行走機(jī)器人。他們發(fā)現(xiàn)通過調(diào)控DNA分子在金納米粒子表面上的構(gòu)象、密度和取向，可以顯著改變酶分子與DNA之間的相互作用力。在此基礎(chǔ)上，通過調(diào)控納米界面上的 DNA 分子的空間排布，設(shè)計(jì)出一種可實(shí)現(xiàn)DNA分子在金納米粒子表面自發(fā)運(yùn)動行走的分子機(jī)器。這種分子機(jī)器的運(yùn)行機(jī)制還可應(yīng)用于發(fā)展信號放大策略，實(shí)現(xiàn)對DNA雜交過程的高靈敏檢測。這一研究為設(shè)計(jì)新的智能診療器件及分子計(jì)算機(jī)提供了新的原理和策略。