科学家首次用DNA合成出纳米传感器

2011-9-13 10:35 来源: 中国科学院
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  据美国物理学家组织网9月7日报道,美国和意大利科学家合作,首次使用人的DNA(脱氧核糖核酸)分子制造出纳米生物传感器,其能快速探测数千种不同的转录因子蛋白质的活动,有望用于个性化癌症治疗并监控转录因子的活动。相关研究发表于《美国化学学会会刊》。

  转录因子是生命的主控开关,控制着人类细胞的命运。转录因子的作用是阅读基因组并将其翻译成指令,指导组成和控制细胞的分子的合成,它有点像细胞的“设置键”,新传感器的主要工作是阅读这些设置。

  新技术的基础是科学家们对细胞内天然生物传感器的研究成果。参与研究的罗马第三大学的弗朗西斯科·里奇表示,探测转录因子活动的所有信息已被编入基因组中,而且当处于受激状态时,这数千个不同的转录因子会依附于特定的目标DNA序列中,因此,可使用这些序列作为起始点来构建新的纳米传感器

  从细菌到人,所有生物都使用“生物分子开关”(由RNA或蛋白制成、可改变形状的分子)来监测环境。这些“分子开关”的诱人之处在于:它们很小,足以在细胞内“办公”,而且非常有针对性,足以应付非常复杂的环境。

  该研究团队受到这些天然纳米传感器的启发,用DNA而非蛋白质或RNA合成出了新的纳米传感器。他们将三种天然DNA序列(每种能识别出不同的转录因子)进行了调整,将其编入分子开关中,当这些DNA序列与其目标结合时,这些分子开关就会变成荧光。科学家们能用这样的纳米传感器,通过简单测量荧光强度来直接确定细胞内转录因子的活动。

  领导该研究的美国加州大学圣芭芭拉分校的艾历克西斯·亚利-波利瑟纳解释道,科学家们主要通过细胞编程技术改变某些转录因子的浓度,将干细胞变成特定的细胞。新传感器能监测转录因子的活动,因此可确保干细胞被正确地重新编程。它也能确定病人癌细胞中的哪个转录因子被激活,哪个被抑制,以便医生对症下药。因为其能直接在生物样本体内工作,因此,它也能用于筛选和测试抑制肿瘤的新药。

  参与此项研究的加州大学圣芭芭拉分校博士后安德鲁·伯翰称,此前已有多个实验室研发出了阅读转录因子的方法,不过,最新方法更方便快捷。科学家们无需花费数小时将蛋白质从细胞中提取出来,只需将传感器直接放入细胞中,测量荧光强度即可。这种传感器可用来监测数千个转录因子的活动,以帮助科学家们更好地理解细胞分裂和发育机制。