公司動(dòng)態(tài)—上海信裕生物

DNA分子具有強(qiáng)大的并行計(jì)算能力和超高的存儲(chǔ)容量，因此基于DNA分子的邏輯運(yùn)算和計(jì)算被科學(xué)界寄予了厚望。這一領(lǐng)域中特別令人感興趣的一個(gè)問題是如何實(shí)現(xiàn)DNA邏輯門和計(jì)算機(jī)在體內(nèi)運(yùn)行?？梢灶A(yù)期，在體內(nèi)的DNA計(jì)算機(jī)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)診斷和治療，根據(jù)環(huán)境變化智能地控制藥物釋放時(shí)間，這種智能載藥系統(tǒng)正是未來醫(yī)學(xué)研究的一個(gè)目標(biāo)。

zui近，中科院上海應(yīng)用物理研究所物理生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的裴昊和梁樂等科研人員在樊春海與黃慶研究員的指導(dǎo)下，創(chuàng)新性地將DNA納米技術(shù)與DNA計(jì)算相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一系列基于三維DNA納米結(jié)構(gòu)的新型“DNA邏輯門”。這些邏輯門不僅能夠?qū)Σ煌妮斎胄盘?hào)產(chǎn)生響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的分子運(yùn)算，而且可以主動(dòng)穿過細(xì)胞膜，進(jìn)入活細(xì)胞內(nèi)實(shí)現(xiàn)生物分子成像。相關(guān)論文已于近日發(fā)表于雜志《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 9020-9024），研究成果的圖片被選為當(dāng)期雜志的封底。

特定的DNA序列可以自組裝成結(jié)構(gòu)規(guī)整的四面體結(jié)構(gòu)。這種三維DNA納米結(jié)構(gòu)具有高的細(xì)胞穿透性、生物相容性及穩(wěn)定性（ACS Nano, 2011, 5, 8783-8789），因此是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的理想材料。研究表明，通過在DNA四面體結(jié)構(gòu)中整合進(jìn)一些特定的DNA識(shí)別序列（如i-motif,核酸適配體等），可以在輸入特定信號(hào)（如H+, ATP, Hg2+等分子和離子）時(shí)使DNA四面體結(jié)構(gòu)的構(gòu)型發(fā)生變化并產(chǎn)生輸出信號(hào)。不僅可以實(shí)現(xiàn)“YES”、“NO”等邏輯判斷，并且可以構(gòu)建出基本的邏輯門（INH，XOR，AND，OR）。這些邏輯門可以集成在一起，還可以實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的分子運(yùn)算（如半加法器）。進(jìn)一步研究表明，這種DNA邏輯門可以進(jìn)入到活細(xì)胞內(nèi)，對(duì)胞漿內(nèi)的ATP分子產(chǎn)生特定的邏輯響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了活細(xì)胞內(nèi)的分子成像。

這種基于三維DNA納米結(jié)構(gòu)的邏輯門為實(shí)現(xiàn)智能載藥系統(tǒng)提供了新的可能。