DNA是绝大部分生命体的遗传物质，也是一种卓越的生物功能材料。DNA纳米机器是指通过DNA有序组装而形成的能够自行运动并实现能量转换的智能器件，已被用于生物分析与纳米医学领域。然而，复杂多变的细胞环境限制了其运转效率；传统纳米机器缺乏模块化设计，难以满足多样化的生物医学应用；酶触发的纳米机器也鲜有报道。因此，编程设计活细胞内运转的酶触DNA纳米机器仍旧是一个重大困难和迫切需求。
编程设计的酶触DNAzyme纳米机器
近日，针对上述难题，西安交通大学生命学院赵永席教授研究团队编程了模块化DNA探针，制备酶触DNAzyme纳米机器并调控其催化性能。以肿瘤标志物端粒酶（telomerase）为例，他们设计了两种组装程序（Intact assembly与Split assembly）以及各自的端粒酶识别（TR）、DNAzyme桥接（DB）和底物（DS）三个模块。端粒酶延伸TR，从而触发其他模块的有序组装，形成相应的DNAzyme纳米机器；胞内还原MnO2生成的Mn2+作为DNAzyme必不可少的辅因子，确保DNAzyme纳米机器的正确折叠和高效催化。该纳米机器可循环运动，并持续切除荧光底物探针或胞内RNA分子，实现活细胞酶反应的原位监测或基因表达调控。只需替换相应DNA模块，即可私人订制DNAzyme纳米机器，执行不同功能，满足多样化的细胞监测和生物调控需求。
以上研究成果已在材料科学领域著名期刊ACS Nano（IF: 13.942）发表，论文题目为“Programming Enzyme-Initiated Autonomous DNAzyme Nanodevices in Living Cells”（论文链接：http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.7b06728）。该工作得到国家自然科学基金、中国博士后科学基金、中央高校基本科研业务费以及西安交通大学“青年拔尖人才支持计划”等项目的资助。赵永席教授（http://gr.xjtu.edu.cn/web/yxzhao）为唯一通讯作者，青年教师陈锋博士和博士研究生白敏为共同第一作者。此篇论文为该团队继Advanced Functional Materials (IF: 12.124，一篇)、Chemical Science (IF: 8.688，二篇)和Journal of Materials Chemistry A (IF: 8.867，一篇)后在生物分析化学与纳米生物技术领域发表的第五篇高水平论文，其中两篇入选杂志封面文章。
