核酸分子设计最初蓝图的实现

2019年3月6日，清华大学生命科学学院魏迪明分子设计课题组和清华大学医学院向烨课题组在《自然通讯》（Nature Communications）杂志上在线发表题为“基于简单模块的复杂线框式DNA纳米结构的构建”（Complex wireframe DNA nanostructures from simple building blocks）的研究论文。

因为具有可编码性，DNA 的自组装已经成为一种构建复杂纳米结构和器件的有效方法。在DNA纳米技术的最初阶段，简单的几何体或者二维晶体可以被分支分子（branched molecules）作为结构模块成功构建。经过三十多年的发展，通过DNA折纸（scaffolded origami）和DNA单链模块（single-stranded tiles/bricks）等方法，DNA纳米结构的复杂性和结构大小都得到了飞跃性提升，而最初用简单分支分子作为模块的构建方式逐渐淡出大家的视线。 

在该研究中，参与人对核酸分子设计的最初蓝图进行重新审视，以简单分支的结构单位作为构建复杂结构的模块，系统形的构建了一系列线框式结构，如二维阵列结构（2D arrays）、管状结构、多面体和多层三维阵列结构（multi-layer 3D arrays）。由该方法构建而成的线框式结构具有较高的材料利用率、能够提供大小形状可控的不同孔隙，同时由于构建结构的每条短链DNA具有不同序列，使得此类结构具有可寻址性、能进行特定位点的序列设计和修饰，从而更好的服务于下游应用。比如此研究中实现了多面体上特定蛋白质的精确定点修饰，为特殊抗原呈递、病毒自组装提供全新思路。DNA纳米科技的开创者纳德里安·西曼（Nadrian C. Seeman）教授评价该工作“这就是我三十年前梦想要实现的东西”。

清华大学生命科学学院博士后王雯和PTN联合培养博士研究生陈思炼为该文的共同第一作者。清华大学生命科学学院魏迪明研究员和清华大学医学院向烨副教授为该文的共同通讯作者。美国Autodesk公司Byoungkwon An，法国蒙彼利埃大学Gaetan Bellot教授和美国埃默里大学柯勇刚教授也在研究中做出重要贡献。该研究获得国家自然科学基金委、清华-北大生命科学联合中心、清华大学结构生物学高精尖中心、中华人民共和国科学技术部等基金资助。

以简单分支结构构建而成的线框式DNA纳米结构概览。

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