京都大学能源理工学研究所的Kirankumar Krishnamurthy研究员、Arivazhagan Rajendran讲师、中田荣司副教授、森井孝教授等人组成的研究团队发表研究成果称，开发出了一种可以使纳米生物材料DNA折纸变得更加坚固的技术。通过在含有二甲基亚砜溶剂中进行酶反应或使用溴化氰进行化学反应，成功地用天然DNA高效地连接起了DNA折纸中的裂缝，同时DNA折纸在高温和细胞裂解液等各种条件下的稳定性也明显提高。这一成果有望扩大DNA折纸的应用范围。相关信息已发布在9月21日的《Small Methods》在线版上。
各种DNA折纸以及本方法实现的结构稳定化（供图：京都大学）
DNA折纸是由DNA自组装形成的纳米级别的二维或三维结构，于2006年由美国加州理工学院首次开发成功。通过向作为模板的环状单链DNA中加入短的互补链DNA并加热，缓慢冷却后就可以简便且定量地制备出设计好的DNA纳米结构。这项技术有望在药物或疫苗的递送、病毒的抑制等方面广泛应用，但稳定性低一直是该技术的一个问题。到目前为止虽有报道称通过化学修饰可实现其稳定化，但这些方法会改变DNA折纸的功能。为了发挥其功能，有必要在保持天然DNA的状态下实现结构稳定。
此次研究团队考虑到DNA折纸中的数百个裂缝可能是DNA折纸稳定性低的原因。研究表明，利用在含有二甲基亚砜（DMSO）的溶剂中的酶反应，或是使用溴化氰（CNBr）的化学反应，可以高效连接DNA折纸上的数百个缝隙和缺口。
研究证实，这两种方法都对二维结构的折纸的稳定化有效。特别是对于三维形状的折纸，通过溴化氰反应连接的方法是有效的，即使在高温、细胞裂解液等不利于DNA折纸的条件下，DNA折纸的稳定性也显著提高。
出乎研究人员意料的是，在DMSO存在的情况下酶的连接效率明显提高。这代表DMSO不仅能使酶稳定化，还有可能诱发DNA结构产生变化，把反应点的DNA结构朝着有利于反应的方向变化。
森井教授表示：“以DNA折纸为代表的DNA纳米材料，是一种在开发可信赖度高的药物递送系统、改进病毒抑制策略、开发碳中和生物能源系统等方面能够发挥其革命性性能的纳米生物材料。虽然DNA纳米材料有着广泛的应用前景，但由于其稳定性较低，一直以来被认为远未达到社会实际应用的水平。本研究发现，如果使用化学连接试剂而不是酶，即使在三维结构DNA折纸中连接反应也能高效进行，折纸也能稳定化。我们的研究，不仅证明了将化学、生物学，以及纳米技术相互融合的研究非常重要，而且显示了通过纳米生物材料，在医疗保健和材料科学等各个领域，都还存在为创造更美好社会而取得革命性技术进步的可能性。”
另外，本研究结果出自JST CREST“细胞内环境测定多元同时传感器的开发（项目负责人：二木史朗；执行人：森井孝）”（JPMJCR18H5）研究项目。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：Small Methods
论文：Near quantitative ligation results in resistance of DNA origami against nuclease and cell lysate
DOI：doi.org/10.1002/smtd.202300999
