世上最小的DNA天线被成功制造 - 可双向传输信号

发布日期：2022-04-04
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DNA天线

就像可以接收和传输无线电波的双向无线电一样，由 Alexis Vallée-Bélisle 和他的团队设计的荧光纳米天线接收一种颜色的光，并根据它所感知的蛋白质运动，然后以另一种颜色传输回光，这我们可以检测到。这些纳米天线的主要创新之一是天线的接收器部分（亮绿色）也用于通过分子相互作用感知所研究蛋白质的分子表面。来源：凯特琳·蒙尼

蒙特利尔大学的研究人员创造了一种纳米天线来监测蛋白质的运动。上周在《自然方法》杂志上报道，该设备是一种监测蛋白质结构随时间变化的新方法——可能有助于科学家更好地理解自然和人类设计的纳米技术。

该研究的资深作者、UdeM 化学教授 Alexis Vallée-Bélisle 说：“结果非常令人兴奋，我们目前正致力于成立一家初创公司，以将这种纳米天线商业化并提供给大多数研究人员和制药行业。”

一种像双向收音机一样工作的天线

40 多年前，研究人员发明了第一台DNA合成器来制造编码遗传信息的分子。“近年来，化学家们已经意识到 DNA 也可以用于构建各种纳米结构和纳米机器”，这位同时担任加拿大生物工程和生物纳米技术研究主席的研究员补充道。

“受 DNA 的‘类乐高’特性的启发，我们创造了一种基于 DNA 的荧光纳米天线，它可以帮助表征蛋白质的功能。” 他说

“就像一个可以接收和发射无线电波的双向无线电一样，荧光纳米天线接收一种颜色或波长的光，并根据它所感知的蛋白质运动，然后以另一种颜色发射回光，我们可以检测到。 ”

这些纳米天线的主要创新之一是天线的接收器部分还用于通过分子相互作用感知所研究蛋白质的分子表面。

使用 DNA 来设计这些纳米天线的主要优势之一是 DNA 化学相对简单且可编程，”UdeM 化学博士生、该研究的第一作者 Scott Harroun 说。

“基于 DNA 的纳米天线可以合成不同的长度和灵活性，以优化其功能，”他说。“人们可以很容易地将荧光分子连接到 DNA 上，然后将这种荧光纳米天线连接到生物纳米机器上，例如酶。

“通过仔细调整纳米天线设计，我们创造了 5 纳米长的天线，当蛋白质发挥其生物学功能时，它会产生独特的信号。”

科学家们相信，荧光纳米天线为生物化学和纳米技术开辟了许多令人兴奋的途径。

“例如，我们首次能够实时检测碱性磷酸酶与多种生物分子和药物的功能，”Harroun 说。“这种酶与许多疾病有关，包括各种癌症和肠道炎症。

“除了帮助我们了解天然纳米机器如何发挥作用或故障，从而导致疾病，这种新方法还可以帮助化学家识别有前途的新药，并指导纳米工程师开发改进的纳米机器，”多米尼克劳宗补充说，他是合著者。该研究在 UdeM 攻读化学博士学位。

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科学家们说，这些纳米天线带来的一个主要进步也是它们的易用性。

“也许我们最兴奋的是认识到世界各地的许多实验室配备了传统的荧光分光光度计，可以很容易地使用这些纳米天线来研究他们最喜欢的蛋白质，例如识别新药或开发新的纳米技术，”Vallée 说-贝利斯尔。

参考文献：

Scott G. Harroun、Dominic Lauzon、Maximilian CCJC Ebert、Arnaud Desrosiers、Xiaomeng Wang 和 Alexis Vallée-Bélisle 撰写的“使用荧光纳米天线监测蛋白质构象变化”，2021 年 12 月 30 日，Nature Methods。
DOI: 10.1038/s41592-021-01355-5

资金由加拿大自然科学和工程研究委员会提供；Fonds de recherche du Québec – 自然与技术；加拿大研究主席；魁北克蛋白质功能、工程和应用研究网络；和蒙特利尔大学。

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