西弗吉尼亚大学的研究人员现在能够在原子水平上观察合成DNA，使他们能够了解如何改变其结构，以期增强其剪刀般的功能。更多地了解这些合成DNA反应可能是解锁医疗诊断和治疗新技术的关键。

在化学界，这些发现有助于回答一个30年来的问题，即这种特定的DNA结构，以及科学家如何使其在不改变DNA本身的情况下产生反应，这一过程称为催化。

研究人员的研究结果发表在《通讯化学》杂志上。

西弗吉尼亚大学医学院生物化学和分子医学系副教授、该项目的首席研究员AaronRobart表示：“这也许只是在非常详细的原子水平上深入了解化学活性DNA如何促进其独特功能，从而赋予所有这些应用力量的第三个例子。”“原子细节为我们提供了长期寻求的路线图，以开始构建和改进可广泛应用于健康和诊断的技术。”

罗巴特表示，一旦科学家了解如何使该技术更有效地发挥作用，理论上它可以用于治疗视网膜变性或癌症等疾病。

Robart指出，该研究中使用的合成DNA(称为DNAzyme)与人类DNA不同。DNAzyme在实验室中制造，生产成本低廉，并且能够催化化学反应。它们经过人工进化，可以执行监测空气质量和测量渗入土壤的重金属等功能。

“通常，我们认为DNA是惰性的，作为我们遗传信息的存储单元，”Robart说。“然而，在实验室中进化出的某些类型的DNA违反了传统规则。这些DNA可以折叠成复杂的形状，使它们能够执行一系列不同寻常的反应。

“唯一的问题是，经过30年的研究，我们真的不知道任何化学反应是如何发生的。我们错过的一件大事是我们的实验室对晶体所做的事情，导致了核酸看起来像原子细节的高分辨率结构以及它们如何进行所有这些化学反应。”

为了能够在原子水平上观察DNA，Robart和他的实验室学生、来自密歇根州安湖的EvanCramer;卡梅伦的莎拉·斯塔科维奇(SarahStarcovic);马丁斯堡的BekaAvey和美国能源部芝加哥阿贡国家实验室的高级光子源合作。这个过程——X射线晶体学——涉及使合成DNA结晶，然后用超强X射线对其进行照射以揭示其结构。通过与APS合作，该团队能够控制X射线并通过互联网收集数据。

“利用这些信息，我们可以更好地了解其他DNAzyme在裂解反应中的表现，”正在攻读生物化学和分子医学博士学位的Starcovic说。

罗巴特说，他们看到的是一种带有小臂的结构，可以伸出来找到互补序列的另一部分并将自己夹紧在一起，类似于尼龙搭扣的附着方式。

Robart解释说：“这些DNA可以充当分子剪刀，具有精确的特异性来切割RNA或DNA，也可以充当胶水。”“假设你有一个导致疾病的突变基因，我们可以将这种DNA导入细胞，它就能消除所有导致疾病的蛋白质的信息。”

发表论文的主要作者、生物化学和分子医学博士生克莱默表示，他希望未来的研究能够填补临床实施的知识空白。

“当不完全了解某事物的工作原理时，就很难对其进行改进，”他说。

Robart表示，下一步是关注在DNAzyme功能的不同点捕获DNAzyme的替代技术。

“这就像我们正在制作一本老式动画分子翻页书一样，”罗巴特说。“这种程度的细节用于了解如何改善、瞄准和调节它们的活性。这只是数百种不同DNAzyme品种中的一种，所有DNAzyme都有其独特的特性，都需要应用于人类健康主题。”

他说，他还希望从医学院的同事那里获得有关如何将模型系统用于治疗的见解。

“我们处于一个独特的位置，”罗巴特说。“我们正在寻找一种疾病的潜在治疗方法。我很幸运能够在医学院这么多才华横溢的合作者的环境中帮助这项令人兴奋的技术充分发挥其潜力。”

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标签：DNA分子研究