DNA技术，连发2篇Nature Materials！
奇物论
2021-06-18
杀死细菌，我们可以使用抗生素。但是对抗病毒，目前医学还没有这样的武器，还不存在广泛适用的抗病毒平台技术。因此，开发可以减少或抑制病毒感染的广谱抗病毒平台，将减轻对全球公共卫生的许多威胁。鉴于此，德国慕尼黑工业大学的Hendrik Dietz 等人提出了一个替代方案：在一个陷阱内隔离病毒以阻止它们与细胞相互作用。他们提出了一种平台技术，该技术考虑将整个病毒颗粒捕获在从头设计的大分子外壳中，以抑制病毒与宿主细胞之间的分子相互作用。设想外壳可以增强与多种病毒相结合并与其协同工作，无论它们是否具有中和作用，都可以产生有效的抗病毒剂。成果发表在Nature Materials上。
科学家们设计了一种DNA外壳系统，可以识别特定的病毒，并将其夹在病原体周围，将病毒颗粒捕获在一个牢不可破的DNA外壳中。研究人员首先设计了三角形面板，这些面板由 DNA 链自组装而成，边缘具有旋钮和凹陷图案。这意味着面板可以像拼图一样点击在一起，形成一系列 3D 形状或外壳。为了构建预想的病毒陷阱，研究人员通过调整天然病毒衣壳中发现的对称原理，创建了一个可编程的二十面体壳“画布” 。此外，不同形状的外壳有不同大小的内腔，因此可以容纳大大小小的病毒，研究人员已经创建了分子质量范围为 43 到 925 MDa（8 到 180 个亚基）和内腔直径高达 280 nm 的壳。此外，其内侧带有抗体，使它们能够针对特定病毒。当与人体细胞和活病毒结合时，这些外壳可以防止病毒颗粒感染大部分细胞。研究人员使用 HBV 核和 AAV2 病毒颗粒成功测试了病毒捕获概念。通过在体外将 HBV 核颗粒包裹在周围的外壳中实现了近乎完全的灭活，并且还可以有效地阻止 AAV 感染活细胞。由于 DNA 外壳的模块化，可以使用其他病毒结合剂。例如，已知被病毒病原体和 DNA/RNA 适配体靶向的宿主受体结构域或肽可以与外壳结合。这种高水平的多价性对于捕获只有低亲和力结合剂可用的病原体特别有用。还可以组合多种不同的抗体以实现针对单个靶标或针对多个靶标的更高特异性。该二十面体壳由 DNA 组成，耐用性强、可商业化且易于功能化和修饰。外壳所需的组件可以通过生物技术大规模生产。使用基于 DNA 的药物可以潜在地避免通过先天性和适应性免疫系统靶向蛋白质结构的途径进行中和、吞噬和降解。除了作为病毒陷阱的拟议应用之外，该可编程二十面体“画布”系统还提供了创建用于疫苗接种的多价抗原载体、用于基因治疗或基因修饰的 DNA 或 RNA 载体、药物输送载体和保护性储存容器的机会。此外，近日Nature Materials上还发表了另一篇利用DNA技术用于信息文件存档，为大规模分子数据集中档案文件的随机访问提供了一个可扩展的概念。
1. Sigl, C., Willner, E.M., Engelen, W. et al. Programmable icosahedral shell system for virus trapping. Nat. Mater. (2021).https://doi.org/10.1038/s41563-021-01020-42. Banal, J.L., Shepherd, T.R., Berleant, J. et al. Random access DNA memory using Boolean search in an archival file storage system. Nat. Mater. (2021). https://doi.org/10.1038/s41563-021-01021-3
