利用DNA逻辑开关进行细胞内生物分子成像研究

上海应用物理研究所物理生物学实验室的研究人员，创新性地将DNA纳米技术与DNA计算相结合。设计了一系列基于三维DNA纳米结构的新型“DNA逻辑门”。这些逻辑门不仅能够对不同的输入信号产生响应，从而实现复杂的分子运算．而且可以主动穿过细胞膜．进入活细胞内实现生物分子成像。     

一种新型的非病毒DNA传递载体:多聚赖氨酸-硅纳米颗粒

DNA传递是基因表达与功能研究及其医学应用的重要技术。安全高效的DNA传递一直是人们梦寐以求的目标，伴随纳米生物技术发展而产生的纳米DNA传递载体为此带来了新的希望。通过OP－10／环己烷／氨水微乳液体系合成了不同粒径的硅纳米颗粒，并利用正交分析阐明了该体系中各组分对硅纳米颗粒粒径及其分布的影响；成功地在小粒径（约20nm）硅纳米颗粒表面修饰上多聚赖氨酸，研制出复合纳米材料－多聚赖氨酸－硅纳米颗粒。DNA结合分析及DNaseI消化实验发现，多聚赖氨 酸－硅纳米颗粒能有效结合和保护DNA。细胞转染实验发现，它能高效传递DNA进入HNE1细胞，并产生高水平的绿色荧光蛋白表达。这些结果表明多聚赖氨酸－硅纳米颗粒是一种．新型的非病毒纳米DNA传递载体，并将可能在基因表达与功能研究及基因治疗等领域发挥重要作用。     

明天:发出DNA通缉令

科技进步日新月异,DNA侦查技术不断创新。在DNA指纹、STR复合扩增、DNA序列测定等先进技术推广应用之后,一些更先进的DNA技术,如澳大利亚科学家发明的从人体肌肤印迹中提取DNA样品的新技术也已出现。当前,美、德等国的科学家,正在研究应用DNA分析法判定罪犯的长相特征,绘制罪犯的模拟头像,以便在不久的将来,能够在追捕罪犯时发出DNA通缉令。     

基于DNA折纸的荧光阵列构建及应用

以DNA折纸为模板的荧光阵列具有精准的结构可编程性以及可定量编程的光谱特征.利用DNA折纸灵活的设计性,多种维度不同模式的荧光阵列构建方案相继被提出,并在生物传感、超分辨成像、新型荧光探针设计等领域得到了应用.本文简要介绍了DNA折纸技术,对不同维度DNA折纸上的荧光阵列的构建和应用做了综述,并展望了基于DNA折纸的荧光阵列的发展趋势和应用前景.     

HMG1/2和HMG14/17与人ε-珠蛋白基因启动子DNA的相互作用

HMG（hihg mobility group）蛋白质是真核细胞核内一类含量丰富的非组蛋白，它们在染色质的结构与功能及基因表达调控中起着重要作用，应用凝胶电泳阻滞法和体外核小体重组技术，分析了HMG1/2和HMG14/17与人ε-珠蛋白基因启动子（ε-promoter,-177～ 1bp）DNA的结合模式，实验结果表明，HMG1/2能与ε-珠蛋白基因启动子DNA相结合，而HMG14/17不能与它结合，将ε-珠蛋白基因启动子DNA在体外组装成核小体后，HMG1/2则不能与组装成核小体的ε-珠蛋白基因启动子DNA结合，而HMG14/17却能与之结合，结果提示，当ε-珠蛋白基因启动子DNA处于不同的状态时，它所结合的HMG蛋白是不同的，推测它们可能就是通过这种选择性的结合模式而积极参与了人体ε-珠蛋白基因的表达调控。     

DNA水凝胶分子设计、合成与应用

DNA纳米技术是纳米生物技术的一个重要研究领域,近年来发展迅猛.通过理性设计和可控制备可以获得多种基于DNA纳米结构的材料.DNA水凝胶作为宏量DNA材料的重要代表备受关注,展现出很广泛的应用前景,尤其是在生物医学应用领域.本文介绍了DNA水凝胶的分子设计原理、合成方法和典型应用,重点综述近年来该领域具有代表性的研究成果.     

基于序列信息高度集成的长单链DNA自组装及制备

DNA折纸术(DNA origami)是DNA纳米自组装的一种主流方法,通常1条DNA主链在成百上千条合成的DNA短链辅助下,通过碱基互补配对原则折叠并锁定生成所设计的纳米结构.单链DNA折纸术(single-stranded DNA origami,ssDNA origami)是传统DNA折纸术的一种进化和衍生,它摒除了传统折纸术对众多短序列的需求,通过高度集成序列信息至1条长单链DNA中,实现了由1条DNA序列自组装成复杂可控的纳米结构.由于体系中不存在过量的短DNA链杂质,并且同样可以顺利移植成单链RNA折纸术,单链DNA折纸术较传统DNA折纸术可能具备更好的生物和材料应用前景.本文概括了长单链DNA自组装的研究进展,总结了几种常用的长单链DNA制备的方法,并展望了该技术的应用前景.     

芝田硫化叶菌SSV1病毒DNA复制的诱导

芝田硫化叶菌（Sulfolobus shibatae)是一种极端嗜热古菌，其所携带的温和病毒SSV1是研究古菌DNA复制的一个非常合适的系统，杂交分析表明，静置培养时，芝田硫化叶菌细胞内几乎检测不到游离SSV1DNA，病毒DNA主要以整合状态存在。经紫外或丝裂霉素诱导后，细胞内游离SSV1DNA含量明显增加，但整合SSV1DNA拷贝数不变，丝裂霉素诱导作用的重复性明显高于紫外诱导，另外，当细胞由静置培养改为摇床培养时，SSV1DNA也被诱导复制，据此，建立了SSV1DNA复制的丝裂霉素诱导方法。采用此法，芝田硫化叶菌细胞内游离SSV1DNA含量在诱导后10h开始明显增加，并在12-15h达到最大值，诱导后细胞内游离病毒DNA的拷贝数可达到50，上述诱导方法的建立以及对诱导后SSV1DNA复制行为的描述为确定SSV1病毒DNA的复制原点，分析其复制模式奠定了基础。     

RNA聚合酶动态调控DNA转录的单分子水平研究进展

真核生物的RNA聚合酶Ⅱ(Pol Ⅱ)和原核生物的RNA聚合酶(RNAP)主要负责转录合成信使RNA(mRNA)，调控不同基因的转录水平，以调节生物体的生长发育和应对复杂多变的环境。研究者采用传统的荧光显微镜观测到RNAP可形成团簇，据此针对DNA转录调控提出“转录工厂”模型。随着单分子技术的发展，研究者在单分子水平上观测到了活细胞中RNAP动态调控DNA转录，提出RNAP可以通过液-液相分离机制进行转录调控。该综述总结了不同单分子荧光显微镜的技术原理，以及相关的荧光探针标记方法，并介绍了在真核生物和原核生物中应用单分子成像技术可视化RNA聚合酶动态调控DNA转录过程的研究进展，最后展望了单分子技术在转录调控研究中的应用前景。     

DNA分子计算与DNA计算机的研究进展

生物分子计算与DNA计算机是计算机科学和分子生物学交叉产生的新兴领域. DNA计算机的特点是具有超强的并行运算能力和巨大的数据存储能力, 因而被认为有望解决电子计算机所面临的评价问题. 本文在介绍DNA计算机的基本概念基础上, 围绕DNA计算机的原理、计算模型和在多方面的应用等关键问题, 分析讨论了粘贴模型、剪接模型和等价检查模型等常用的DNA计算模型, 并对DNA计算机在NP问题、遗传分析与临床诊治、防伪和译码技术以及游戏与机器人等领域的研究进展和应用前景进行了探讨. 最后讨论了DNA计算机未来可能的发展方向.     

与烟草曲叶病毒伴随的新型DNA分子鉴定

根据已报道的两种粉虱传双生病毒DNAβ分子的保守序列设计引物，利用PCR技术从烟草曲叶病毒Y5和Y8分离物扩增到一类环状DNAβ分子，其全长分别为1333和1338nt，序列分析表明，Y5DNAβ可能编码8个可读框（ORFs），病毒链和互补链各含有4个ORFs；Y8DNAβ可编码7个ORFs，病毒链含有4个ORFs，互补链含有3个ORFs，除茎环结构TAATATTAC外，DNAβ与烟草曲叶病毒Y5和Y8基因组DNA－A序列几乎无同源性，Y5和Y8的DNAβ全长核苷酸序列同源性较高，为85％，而与已报道的胜红蓟黄脉病毒（AYVV）DNAβ及棉花曲叶病毒（CLCuV）的两个DNAβ的同源性为51％－65％，免疫捕获PCR及粉虱传毒实验表明，DNAβ分子包裹在双生病毒粒子中，并伴随病毒由烟粉虱传播。     

水稻质体发育过程中DNA分子动态变化的初步研究

有关高等植物质体发育过程中DNA分子的动态变化,迄今仅在小麦中有报道。本文报道我们应用DNA专一荧光染料DAPI(4′,6-diamidino-2-phenylindole)同质体DNA的结合,对水稻质体发育过程中质体DNA的动     

DNA的拓扑之美

DNA是基因的载体，许多生命的玄妙都可以从DNA中豁然而释。不过，你也许不知，DNA更富于数学之美，盘延上升的螺旋、各种不同的拓扑异构态等……许多人尤其惊诧于生命之中的拓扑美，其实，DNA的拓扑美正是生命与数学的天然孕化。     

古代DNA 技术及其在家养动物驯化历史研究中的应用

家养动物始终伴随着人类文明的发生、发展, 其起源和驯化历史一直备受关注. 而在其 近万年的演化历史中, 家养和野生群体间可能发生基因互渗及替代, 因此基于现代物种DNA 信息进行的历史推断可能存在偏差. 近年来, 古代生物遗骸中的DNA (古代DNA)获取技术日 益成熟, 为这类研究开辟了新的途径. 本文总结了近年来古代DNA 技术研究进展, 点评了古 代生物遗骸DNA 的获取和鉴别方法、古代DNA 提取、扩增及测序技术的革新. 最后, 本文综 述了古代DNA 技术在猪、马、羊、狗等主要家养动物驯化历史研究中的应用进展, 为该技术 的进一步发展及应用提供有益的参考.     

基于氨基化SiO2纳米颗粒的新型基因载体

采用正硅酸乙酯与N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三乙氧基硅烷在油包水形成的微胶囊中同步水解的方法，制备了大小均匀的氨基化二氧化硅纳米颗粒，由于表面氨基化使纳米颗粒在一定的pH环境下的ζ(zeta)电位为正值，与带负电荷的质粒DNA通过静电结合能快速形成纳米颗粒-质粒DNA复合物，并对结合的DNA有明显的保护作用，结合纳米技术，生物技术与基因工程技术，构建了基于氨基化SiO2纳米颗粒的新型非病毒型基因载体，应用这一新型基因载体成功地将绿色荧光蛋白（green fluorescence protein,GFP)表达载体pIRGFP导入COS-7细胞，并在细胞内产生高水平的绿色荧光蛋白表达。     

DNA纳米技术应用于水环境污染示踪

水环境污染是当前人类社会所面临的严峻挑战之一,阻碍了全球生态环境和社会经济的可持续发展.潜在污染源众多和水文地质条件的复杂性导致对污染源追溯、污染范围界定和污染程度量化等问题的研判十分棘手.针对这些难题,已发展了多种水环境污染物迁移示踪系统,例如离子化合物、有色染料和同位素等,这些示踪系统的应用对水环境污染治理起到了重要的推动作用.近年来,快速发展的基于脱氧核糖核酸(deoxyribo nucleic acid,DNA)纳米技术的示踪方法(DNA示踪技术)逐渐崭露头角,其是应用DNA片段作为特异性标记物进行水环境污染示踪.与已有的示踪技术相比, DNA示踪技术具有示踪剂数量巨大、特异性强、检测灵敏、运移及降解特性可控和环境友好等诸多优势,是极具潜力的新一代示踪技术. DNA示踪技术的研发与应用集成了生物化学、材料科学、环境工程和水文地质等多学科知识,是典型的交叉研究领域.为促进DNA示踪技术体系的长足发展以及水环境污染防治能力的不断增强,本文重点阐述了DNA片段作为水环境污染示踪剂的原理与方法,全面梳理了DNA示踪技术体系的发展脉络,总结探讨了DNA示踪技术在水环境污染示踪研究中的典型...     

自组装DNA/纳米颗粒分子逻辑计算模型

将AuNP 自组装聚合色变与DNA 计算相结合, 构建了纳米分子逻辑计算模型. 使用了DNA 自组装、DNA/AuNP 结合和AuNP 聚合色变等关键技术方法. 利用DNA 自组装结构变化,通过DNA/AuNP 聚合色变反应, 实现了简单逻辑运算功能. 在此基础上, 构建了求解简单集合运算的DNA/AuNP 计算模型, 对多重输入的简单集合运算进行了逻辑运算. 最后, 进一步拓展该分子逻辑运算模型的应用, 结合分子检测技术, 对H1N1 病毒基因进行检测.     

用单分子荧光显微术与光学作图法构建水稻BAC克隆DNA的限制性物理图谱

报道一种用于荧光显微镜探测的研究DNA分子与限制性内切酶相互作用的方法。DNA分子经过改进的“分子梳”技术铺展并吸附于化学修饰过的盖玻片表现，然后运用限制性内切酶EcoRⅠ进行原位酶切反应，使DNA分子在固着状态下的反应结果与液相反应相对应，通过单分子荧光显微术直接观测并记录单个DNA分子的酶切反应结果，成功地构建了水稻BAC克隆DNA的限制性物理图谱，为单分子的动态荧光显微镜实施研究和基因组光学作图打下基础。     

DNA：生物学的“建筑材料”—生物学家埃里克·温弗里谈DNA独特的化学特性

电子计算机的威力人所尽知，但涉及到与物理世界有关的复杂任务—比如某种昆虫的构成—还得寄望于对DNA的深入研究。曾于2000年获得“麦克阿瑟天才奖”的埃里克·温弗里（Erik Winfree），一直在潜心研究存储遗传生命信息的DNA；而人类的细胞正是利用这类遗传分子的信息来构建蛋白质，形成了我们的身体结构并做着与生命存在相关的几乎所有工作。目前，温弗里正在利用DNA独特的化学特性，旨在使其像计算机那样来处理信息（被称为DNA分子计算或DNA分子编程的新颖学科），甚至以DNA分子为“脚手架”构建起有用的结构。不久前，温弗里就其对生命起源的理解以及DNA的化学特性对未来可能产生的影响，接受了《发现》杂志资深编辑斯蒂芬·卡斯（Stephen Cass）的采访。     

密码学的新领域--DNA密码

DNA密码是近年来伴随着DNA计算的研究而出现的密码学新领域, 其特点是以DNA为信息载体, 以现代生物技术为实现工具, 挖掘DNA固有的高存储密度和高并行性等优点, 实现加密、认证及签名等密码学功能. 本文简要介绍了DNA计算原理, 总结了当前DNA密码的研究现状以及存在的若干问题, 对DNA密码、传统密码和量子密码的发展状况、安全性以及适用领域进行了分析对比, 探讨了DNA密码未来发展的趋势. DNA密码与传统的密码以及研制中的量子密码相比各有优势, 在未来的应用中可以互相补充. 实现DNA密码面临的主要困难是缺乏有效的安全理论依据和简便的实现方法, 当前研究的主要目的是充分发掘DNA可用于信息领域的优良特性, 建立起相关的理论依据, 探寻DNA密码可能的发展方向, 寻找实现DNA密码的简便方法, 为DNA密码的未来发展奠定基础.