生物谷报道：由生物分子工程师Niles Pierce领导的一个加州理工学院的研究组创造出了一种以DNA为基础的“编织机”。研究的结果发表在《自然》杂志上。
这个系统能够使研究人员指定一段具有想要的形状和功能的DNA，然后在一个试管中执行一种分子程序来装配它们。例如。他们利用这会在系统构建了一段能够沿着另一段DNA行走的DNA。
就如同计算机语言能够使程序师创造出任何软件一样，研究人员利用这种生物化学程序语言创造出任何想要的分子产品和加工。
其他的研究人员已经创造出了多种不同的DNA产品，包括自我复制纳米结构、活动手臂、钳子、纳米面、地图和气体结构。但是Pierce和他的研究组则在生物化学编程方面走的更远。
该研究组的这个系统的核心是发夹状的DNA链，这种DNA链每个长10纳米并且具有三个特殊的结合位点“toeholds”。
这些发夹能够以特殊的方式吸在一起。当发夹闭合时，它的单个结合位点的两个就不能接触到。但是，如果一个相配的DNA链与他结合时，发夹就会弹开。
两个DNA链之间的反应还能释放一个被附着发急上的暴露位点，从而导致它再次闭合。
在计算机程序中，这种发夹充当了互相联系的“逻辑门”。这种基本的部分有一个输入端和两个输出端。它们能够相互作用，即输入端能够接收另外的输出端的信息。
研究人员还开发了一种绘图方法，能够显示这些分子建筑基石的状态和它们之间相互作用的每一步。这些“作用图”使研究人员能够绘制出制造一种想要的反应序列所需的装配和拆卸步骤。
然后，这些必须得反应被翻译成具有必备的结合特征的互补DNA碱基对特殊系列。最终，这个过程在一个含有特殊的分子混合物的试管中进行。
为了验证编程方法的弹性，研究组利用该系统制造出集中不同的反应，包括能够沿着类似梯子的轨迹行走的长了“两条腿”的DNA分子。
这种两条腿的行走DNA的构建灵感来自于重要的胞内运输蛋白Kinesin，它能够沿着微管以每秒100步的速度行走。研究人员相信这类系统的生物分子编程事实上还能走的更远。
生物谷推荐英文原文：
Nature 451, 318-322 (17 January 2008) | doi:10.1038/nature06451; Received 20 July 2007; Accepted 31 October 2007
Programming biomolecular self-assembly pathways
Peng Yin1,2, Harry M. T. Choi1, Colby R. Calvert1 & Niles A. Pierce1,3
Department of Bioengineering,
Department of Computer Science,
Department of Applied & Computational Mathematics, California Institute of Technology, Pasadena, California 91125, USA
Correspondence to: Niles A. Pierce1,3 Correspondence and requests for materials should be addressed to N.A.P. (Email: niles@caltech.edu).
Abstract
In nature, self-assembling and disassembling complexes of proteins and nucleic acids bound to a variety of ligands perform intricate and diverse dynamic functions. In contrast, attempts to rationally encode structure and function into synthetic amino acid and nucleic acid sequences have largely focused on engineering molecules that self-assemble into prescribed target structures, rather than on engineering transient system dynamics1, 2. To design systems that perform dynamic functions without human intervention, it is necessary to encode within the biopolymer sequences the reaction pathways by which self-assembly occurs. Nucleic acids show promise as a design medium for engineering dynamic functions, including catalytic hybridization3, 4, 5, 6, triggered self-assembly7 and molecular computation8, 9. Here, we program diverse molecular self-assembly and disassembly pathways using a 'reaction graph' abstraction to specify complementarity relationships between modular domains in a versatile DNA hairpin motif. Molecular programs are executed for a variety of dynamic functions: catalytic formation of branched junctions, autocatalytic duplex formation by a cross-catalytic circuit, nucleated dendritic growth of a binary molecular 'tree', and autonomous locomotion of a bipedal walker.
