Langmuir发现自组装DNA链的最佳长度
Langmuir：发现自组装DNA链的最佳长度
2010/11/02 10:25:42
美国北卡罗来纳大学研究人员找到了开发DNA（脱氧核糖核酸）自组装材料的最佳方法，该方法在药物输送以及分子传感器等诸多领域具有重要价值。该技术进展的关键是发现了用于自组装的DNA链的最佳长度。
包含遗传密码的DNA链，会跟包含其独特互补序列的另一链结合在一起。如果给材料喷涂一种特殊的DNA涂层，这种材料就会自动找出与其相配的配对物并与之结合。这种被称为DNA辅助自我组装的概念，可创建出具有各种用途的自组装材料，从而为生物医学和材料科学领域开拓广阔前景。实际上，DNA自组装技术不是一个新的概念，但其面临一大障碍——片断太短会无法实现自我组装，而片断太长会使材料变形。
在最新出版的《朗缪尔》杂志上，美国北卡罗来纳大学和澳大利亚墨尔本大学的一个联合研究小组为该问题提出了解决方案，他们从分子动力学角度利用计算机数据模拟，确定了自组装DNA链的最佳长度。
在以DNA为基础的纳米尺度系统，DNA链的长度是一个重要因素。研究人员用计算机模拟DNA链和DNA层间的相互作用效果，以掌握DNA链长度对形成DNA薄膜的影响。
结果显示，短链（少于10个碱基）和长链（超过30个碱基）的单链DNA无法生成最合适的膜，这是因为DNA膜面的形成有一种自我保护机制。这也意味着这些链会互相结合，而不是和“配对”材料结合。这种机制让它们能和其他层的DNA链结合，从而形成对DNA自身最适宜的组装情形。论文合着者、北卡罗来纳大学材料科学与工程副教授亚拉·英林说，最优长度并不是太长，以便与其他的链互相结合；也不是太短，以便能有效地自我折叠。
在利用这种自组装材料开发药物递送工具方面，墨尔本大学已经研制出一种自组装的DNA胶囊，其具有完全的生物适应性、生物降解性，可在遇到特殊物理刺激时释放药物，从而使其成为最理想的药物递送工具。DNA自我组装技术还可用于开发高效分子传感器。利用DNA探测临床上的重要生物分子并发出信号，这在医学领域具有重要的诊断应用价值。
目前，研究人员正计划探索在DNA自组装中发挥重要作用的其他因素，如温度、基因序列和环境等。
Effect of Oligonucleotide Length on the Assembly of DNA Materials: Molecular Dynamics Simulations of Layer-by-Layer DNA Films
Abhishek Singh, Stacy Snyder, Lillian Lee, Angus P. R. Johnston, Frank Caruso, and Yaroslava G. Yingling
Langmuir DOI: 10.1021/la102762t
DNA strand length has been found to be an important factor in many DNA-based nanoscale systems. Here, we apply molecular dynamics simulations in a synergistic effort with layer-by-layer experimental data to understand the effect of DNA strand length on the assembly of DNA films. The results indicate that short (less than 10 bases) and long (more than 30 bases) single-stranded DNAs do not exhibit optimal film growth, and this can be associated with the limited accessibility of the bases on the surface due to formation of self-protected interactions that prevent efficient hybridization. Interestingly, the presence of a duplex attached to a single strand significantly alters the persistence length of the polyT strands. Our study suggests that restrained polyT, compared to labile suspensions of free polyT, are more capable of hybridization and hence DNA-based assembly.