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自组装DNA纳米结构基因检测平台问世

http://www.sina.com.cn 2008年01月17日 11:10  科技日报

  本报驻美国记者毛黎

  目前,DNA芯片和微阵列技术已经发展成价值数十亿美元的产业,科学家可以使用这项技术同时检查数千个基因,了解它们中发生突变的情况,或者发现疾病的线索。然而,因为DNA探针固定在微阵列芯片的固体表面上,所以靶标寻找到探针是一个缓慢的过程。此外,很难把探针之间的距离控制在纳米精度上。

  美国亚利桑那州立大学生物设计研究所的科学家日前表示,他们在全球范围内首次开发出了全部由自组装DNA纳米结构组成的基因检测平台。在新出版的美国《科学》杂志上,科学家认为,新的研究成果对基因芯片技术有着广泛的影响,有望创造性地改变分析单个细胞内基因表达的方式。

  该生物设计研究所的工作重点在于促进卫生保健、提供可再生能源和清洁环境创新、扼制全球传染病威胁以及加强国家安全创新。研究所以拥有生物科学、纳米工程学和先进计算技术的团队为手段,力求解决复杂的全球问题的方案,并让促进其加速进入市场。

  结构DNA纳米技术目前发展十分迅速,该技术把生物分子组装成各种纳米结构,广泛地应用于从人类健康到纳米电子学等诸多领域中。亚利桑那州立大学文理学院化学和生物化学助教授严浩(音译)领导的跨学科研究组通过研究,寻找到了用结构DNA纳米技术检测RNA的方法。他表示,如果看到他们DNA自组装的过程,人们会惊奇地发现数以万亿的DNA纳米结构可以在几微升的溶液里同时形成。而非常重要的是,它们具有生物相容性且易溶于水。

  除严浩外,参与研究小组工作的还有论文第一作者、化学和生物化学研究生柯永刚(音译)、化学和生物化学助教授刘燕(音译)、单分子生物物理中心主任、物理学教授斯图亚特·林德赛,以及生命科学学院的副教授常永(音译)。

  为开发基因检测平台中能探测RNA的探针,严浩利用了DNA碱基对配对的规则。通过控制碱基在一段合成DNA拷贝中的准确位置,他将一个单链基因组DNA(称为M13)编译成DNA纳米(探测)瓦片(nanotiles),其含有针对特定基因表达靶标的探针。科学家表示,仅仅经过简单操作,M13就变成了100万亿个纳米瓦片,且产率接近100%。这些自组装形成的能探测RNA的探测纳米瓦片看上去就像纳米尺寸的邮票。

  研究组设计了三种不同的DNA探针瓦片,用于检测三种不同的RNA基因。同时,还设计了一个条码索引用于把不同的瓦片区分开来。严浩说:“每一个探针都可以通过自身的条码加以辨别,因此我们把它们混合在同一个溶液中,然后我们用它进行多元检测。”为拍摄单分子级的瓦片图像,科学家采用了原子力显微镜(AFM)。

  在每一个DNA探针瓦片的表面有一条悬挂着的单链DNA片断,可以与目标RNA靶标结合。每一个探针实际上都含有两个一半的探针,当靶标RNA到来的时候,它将与半探针杂交,让单链悬挂探针变成刚硬的结构。与DNA探针结合之后,DNA-RNA杂交变硬,变硬变化可以被原子力显微镜的悬臂感觉到,从而告诉人们完成了一个不需要标签的RNA检测。

  尽管还有许多技术障碍有待克服,但科学家表示:“我们的方法所提供的是水溶性探针瓦片反应物,因此样本的容量有可能缩小到单细胞容量的水平。我们的最终目标是在单细胞水平上检测RNA基因表达。”(本报华盛顿1月16日电)

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