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.     

基因组测序永无止境的根本原因

1869年瑞士青年学者米歇尔（Johann F.Miescher．1844—1895年）在莱茵河鳟鱼的精子里发现了脱氧核糖核酸分子，即现在大家熟知的DNA。他虽然也曾猜想过DNA可能与遗传有关，但还是倾毕生精力去研究鱼精蛋白。毕竟蛋白质与生命过程的关系已经是当时科学研究的热门。以致1878年恩格斯在《反杜林论》中就写下了至今还基本正确的语句：“生命是蛋白质的存在方式，这种存在方式本质上就在于这些蛋白质的化学组成部分的不断的自我更新。”     

基于DNA/RNA的逻辑门与逻辑运算

DNA和RNA具有精确的分子识别能力以及强大的信号存储能力. 利用DNA/RNA分子的生物学特性来构建分子级别的逻辑门并实现逻辑运算是近年来计算机科学和分子生物学交叉产生的新兴领域, 引起了研究者的广泛关注. 本文介绍了利用DNA/RNA分子的酶活性、结构特性来构建逻辑门的方法, 探讨了将单一逻辑门整合成复杂的逻辑运算的途径. 并且对于DNA/RNA逻辑门在体外检测和体内诊疗等生物医学中的应用进行了介绍, 提出了未来的发展方向.     

揭开DNA信息制造蛋白质之谜

“2009年度诺贝尔化学奖授予了对一种关键生命过程的研究，即核糖体如何利用DNA的信息制造蛋白质，进而制造生命。这项研究扫清了目前抗生素研究中的许多障碍，研究成果可以立即被采用，这为日常生活带来许多实质性的创新，也为科学探索提供了新的工具。”     

人造生命：一个颇有争议的话题

生命是什么 著名的奥地利物理学家、量子力学奠基人薛定锷获得诺贝尔奖后，1943年应邀在爱尔兰都柏林大学作了题为“生命是什么？”的系列演讲。讲稿于次年汇成《生命是什么？》的小册子出版。他在书中用物理学和化学解释生命现象，认为生命是由大分子组成的。生命的信息是由遗传密码传递的，并认为这种密码贮存在“非周期性晶体”染色体纤丝中．这种贮存着密码的晶体，就是生命的物质载体。薛定锷的预言拨动了众多生物学家的神经，他们为此深入研究．终于在1952年发现了生命物质DNA的双螺旋结构，从而引发了生物科学的革命。     

DNA技术带来的新时代

21世纪是DNA技术的黄金时代 早在20世纪70年代,就拉开了DNA技术时代的帷幕。生命为了复制、修复作为“遗传信息的担当者”的DNA,而准备了各种各样的分子装置。由于发现了“限制酶”和“连接酶”这两种酶,生物学家想出了利用“酶”这一分子装置的方法。限制酶也可以称做“分子剪”,它能从DNA中正确地剪取小断片。连接     

发现DNA中的新秘密

贮存在DNA分子的螺旋链中的是制约着生命的遗传密码。缠绕于DNA双螺旋结构内的命运之绳使得每个人都是独一无二的。它还可以决定一个人是否会被遗传或染上多种多样的疾病。为了揭开DNA的秘密,科学家正在深入窥探这个双螺旋结构。他们所用的最有效的一个工具就是“基因探针”,即能结合在DNA分子的具体部位之上的带状化学物质。研究人员     

美丽实用的分子进化

生命的蓝图是用DNA来书写的，因而人们可以通过比较DNA序列来研究不同生物之间的进化关系。构建“进化树”。这一新兴的学科领域被称为分子系统学，它为预测基因的功能、追溯传染病病毒的感染源提供了新的解决之道。     

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.     

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。     

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。     

简便快速的DNA修复合成的液体闪烁计数测定法

DNA是具有遗传特性的物质基础,其损伤后的修复合成功能与细胞的癌变、遗传性疾病、衰老都有密切关系。现已发展成为遗传医学的新领域,分子遗传学研究的重要内容。1971年Lieberman应用静止的无分裂能力的淋巴细胞研究DNA修复合成,有利于区别修复合成和半保留复制合成。随后Pero和Capelli等继续研究和应用于化学物致突变性检测。但目前此方法在推广应用上尚有困难。为此我们对Lieberman法进行了简化,应用简化的方法研究了化学致突物诱发淋巴细胞DNA修复合成,并首次测定了正常人群淋巴细胞DNA修复合成,Unscheduled DNA Synthesis,简称UDS。     

观察:DNA是如何工作的

很少有哪种生物分子可以宣称你DNA那样得到了很好的研究。自从詹姆斯·沃森（JamesWaston）和弗兰西斯·克里克（FrancisCrick）于1953年在剑桥大学发现了DNA的双螺旋结构以来，研究者们已经花费了数以10亿计的金钱和无数不眠之夜试图理解和操作这种生命的分子。他们已经完成了对20种生物体的全基因组的测序，而人类基因组的测序也将在今后几年内得以完成。但是实际上在所有这些研究中，研究者们研究的只是数千个拷贝的特定的DNA片断的集会的、成群的行为。现在，在世界上的数个生物物理实验室中，一场静悄悄的革命正在进行之中：研究…     

基于分子瓦自组装的DNA纳米管的制备与表征

利用DNA分子自组装技术可以构建从一维到三维不同形状的纳米结构,并且这些结构在微纳米电子学、纳米生物学等众多领域有许多潜在的用途.本文利用DNA分子瓦(tile)自组装技术,采用双交叉(DX)DNA分子瓦成功组装了一维DNA纳米管结构,聚丙烯酰胺凝胶电泳(native-PAGE)、透射电子显微镜(TEM)、荧光显微镜和原子力显微镜(AFM)对制得的DNA纳米管结构进行了表征,结果表明,组装成功的DNA纳米管直径在7～20nm之间,长度最长可以达到50μm以上.为了结构更加稳定,对分子瓦中每条DNA单链的5′末端进行磷酸化处理,自组装完成后利用T4DNA连接酶连接磷酸化修饰的DNA纳米管的缺口.AFM结果显示,使用T4DNA连接酶处理后的DNA纳米管更能保持完好的管状结构,表明连接处理后的DNA纳米管更加坚固,促进了DNA纳米管应用于微纳米领域的研究.     

DNA纳米自组装的研究进展及应用

DNA纳米技术是一种自下而上的分子自组装模式,由分子构造为起点基于核酸分子的物理和化学性质自发地形成稳定结构,遵循严格的核酸碱基配对原则,使得DNA被用作构建结构的材料基元而不是在活细胞中那样作为遗传信息的载体.通过合理地设计碱基链来达成精密控制的纳米级复杂结构的目的,研究人员在这个领域已经建立起诸多二维、三维的复杂纳米结构以及各种具有不同功能的分子机器,比如DNA计算机.本文总结了近年来DNA纳米自组装方面取得的最新进展,同时介绍DNA纳米自组装的几种不同组装方法,并对其相关应用进行了展望.     

DNA纳米技术进展

<正>DNA分子是生物体存储和传递遗传信息的载体,具有进化产生的高效性和稳定性. DNA分子互补配对的可预测性和可编程性使其成为极具潜力的纳米构筑材料.特别地,近年来DNA纳米技术的发展为纳米科学和纳米技术带来了新的生长点,为构筑新型纳米组装体、超分子结构和分子机器提供了前所未有的强有力工具.早期DNA纳米技术集中于DNA结构的设计和构建.从最初发展的利用交叉结模块自下而上的层次构筑方案,到基于一条长单链DNA折叠的DNA折纸术的     

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。     

揭开真核细胞转录的奥秘

2006年度诺贝尔化学奖授予美国科学家罗杰·科恩伯格（Roger D．Kornberg）教授，以表彰他在研究真核细胞转录分子机制中做出的卓越贡献。存储在基因中的遗传信息如何被“阅读”转录，又如何被“翻译”生产为蛋白质，是研究生命活动的中心问题。科恩伯格在分子水平向人们展示了真核细胞从DNA（脱氧核糖核酸）到RNA（核糖核酸）转录过程的详实图片。     

基因组怎样为进化作准备

插入基因组一些DNA序列的，是那些能促发迅疾而广泛的遗传改变的区段。著名作家和癌学家刘易斯·托马斯（LewisThomas）曾经写道：“DNA对稍稍出错的包容，真是奇妙的事。没有这个特性，我们会仍是厌氧细菌，更不会有音乐。”像许多其他学者──诺贝尔奖金获得者巴巴拉·麦克琳托克（BarbaraMcClintock）是著名的例外──托马斯认为，遗传的改变，也即新物种的进化，源于一些基因的个别、微小、随机的突变。但是，大量增长的论据──多数发表于今年六月纽约科学院主持召开的《生物进化的分子策略》研讨会──表明，生物学家之主流必须…     

光镊与DNA纳米技术在膜生物学研究中的应用

生物膜是生命活动中信号传导和物质运输的平台。近年来,多学科的交叉应用为膜蛋白介导的膜融合与分裂、囊泡形成与分泌,以及脂质代谢的调控机制等膜生物学研究带来了新的信息。例如,单分子光镊力谱方法通过精准、定量地检测蛋白与膜的相互作用,为在时空维度上理解这一生物过程的复杂调控机制提供了强有力的手段。此外,DNA纳米技术通过构建纳米尺度可编程的自组装结构,提供了可精确修饰与功能化的分子器件。经过疏水修饰的核酸纳米器件可以作用于磷脂膜或生物膜,进而对膜进行表面改性、诱导形变、控制理化参数以及跨膜通信等调控操作。该领域的进步将为细胞生物学机制研究、分泌囊泡的分析检测、人工脂质体的制备优化、新型分子载具开发以及新型药物开发提供特色的工具手段,并构建新颖的体系平台助力合成生物学、化学生物学以及分子医学的发展。