近日，河南大學(xué)農(nóng)學(xué)院林敏教授聯(lián)合山東大學(xué)梁泉峰教授在《Advanced Science》期刊上發(fā)表題為“DNA Origami and Its Applications in Synthetic Biology”的綜述論文。

DNA折紙（DNA Origami）和合成生物學(xué)（Synthetic Biology）是生物技術(shù)領(lǐng)域的兩大顛覆性技術(shù)。該綜述首次系統(tǒng)總結(jié)了DNA折紙技術(shù)在合成生物學(xué)領(lǐng)域的最新進(jìn)展，重點(diǎn)從細(xì)胞外至細(xì)胞內(nèi)的精準(zhǔn)構(gòu)建與動(dòng)態(tài)調(diào)控以及無(wú)細(xì)胞合成生物學(xué)兩大角度展開(kāi)。DNA折紙技術(shù)能夠通過(guò)精準(zhǔn)編程核酸自組裝，構(gòu)建出具有空間可尋址性的納米結(jié)構(gòu)。在生物膜領(lǐng)域，DNA折紙可通過(guò)框架引導(dǎo)組裝策略重建脂膜形狀、修飾脂質(zhì)體仿生細(xì)胞膜功能或嵌入膜通道調(diào)控物質(zhì)運(yùn)輸以應(yīng)對(duì)環(huán)境變化。固定在細(xì)胞膜上的DNA折紙通過(guò)搭載信號(hào)分子（如適配體、抗體）或鏈位移反應(yīng)可介導(dǎo)細(xì)胞間通訊，模擬自然信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。在模擬細(xì)胞骨架方面，剛性DNA框架支撐細(xì)胞形態(tài)并引導(dǎo)胞內(nèi)蛋白有序排布；其蛋白網(wǎng)絡(luò)組裝能力可精確組織多酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)路徑，顯著提升代謝效率。此外，DNA折紙不僅可以編程PAM位點(diǎn)，提高編輯效率，還可通過(guò)“鎖扣”結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)時(shí)空可控的基因編輯。此類(lèi)系統(tǒng)可用于構(gòu)建智能基因回路，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞行為的精準(zhǔn)編程。在無(wú)細(xì)胞合成生物學(xué)中，DNA折紙骨架為多功能分子機(jī)器和結(jié)構(gòu)提供標(biāo)準(zhǔn)化支架，高效組織無(wú)細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)，推動(dòng)合成生物回路和分子工廠(chǎng)的開(kāi)發(fā)。這些跨尺度應(yīng)用彰顯了DNA折紙作為“分子畫(huà)布”在整合生命系統(tǒng)模塊、重塑生物學(xué)功能方面的強(qiáng)大潛力。

此外，該綜述還著重探討了該領(lǐng)域當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)與未來(lái)發(fā)展前景。針對(duì)DNA折紙技術(shù)在合成生物學(xué)應(yīng)用中存在的挑戰(zhàn)，該綜述強(qiáng)調(diào)了一系列持續(xù)優(yōu)化的應(yīng)對(duì)策略，包括化學(xué)修飾、結(jié)構(gòu)交聯(lián)、抗核酸酶核酸類(lèi)似物（如L-DNA）的開(kāi)發(fā)以及自動(dòng)化支架設(shè)計(jì)平臺(tái)的搭建。同時(shí)，深入討論了如何將DNA折紙技術(shù)與人工智能輔助設(shè)計(jì)、高通量篩選及微流控組裝平臺(tái)等前沿技術(shù)進(jìn)行有機(jī)融合。

圖1 DNA折紙及其在合成生物學(xué)中的應(yīng)用

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https://doi.org/10.1002/advs.202513357