可以改变人造细胞的DNA纳米机器人为合成生物学提供了一种新工具

细胞的形状和形态在生物功能中起着关键作用。这符合“形式服从功能”的原则，这在现代设计和建筑领域很常见。将这一原理转移到人工细胞是合成生物学中的一个挑战。DNA纳米技术的进步现在提供了有前景的解决方案。它们允许创建足够大的新型运输通道，以促进治疗性蛋白质穿过细胞膜

在这一新兴领域，斯图加特大学第二物理研究所所长、马克斯·普朗克固态研究所（MPI-FKF）研究员Laura Na Liu教授开发了一种创新工具，用于控制合成细胞中脂质膜的形状和渗透性。这些膜由包围水性隔室的脂质双层组成，并作为生物膜的简化模型。它们可用于研究膜动力学、蛋白质相互作用和脂质行为

该研究发表在《自然材料》杂志上

DNA纳米技术应用的一个里程碑

这种新工具可能为创建功能性合成细胞铺平道路。Laura Na Liu的工作旨在显著影响新疗法的研究和开发。刘和她的团队成功地使用信号依赖型DNA纳米机器人实现了与合成细胞的可编程相互作用

刘说：“这项工作是应用DNA纳米技术调节细胞行为的一个里程碑。”

该团队使用巨型单层囊泡（GUV），这是一种简单的细胞大小的结构，模仿活细胞。使用DNA纳米机器人，研究人员能够影响这些合成细胞的形状和功能

在添加解锁DNA链后，由s-DR到e-DR的构象变化引起的GUV变形。b、 通过添加随机测序的DNA链进行对照实验。来源：《自然材料》（2025）。DOI:10.1038/41563-024-02075-9蛋白质和酶的新运输通道

DNA纳米技术是Laura Na Liu的主要研究领域之一。她是DNA折纸结构的专家——DNA链是通过专门设计的较短DNA序列（即所谓的订书钉）折叠的。刘的团队使用DNA折纸结构作为可重构的纳米机器人，可以可逆地改变它们的形状，从而在微米范围内影响它们的周围环境

研究人员发现，这些DNA纳米机器人的转化可以与GUV的变形和模型GUV膜中合成通道的形成相结合。这些通道允许大分子穿过膜，必要时可以重新密封

这项工作的合著者Stephan Nussberger教授说：“这意味着我们可以使用DNA纳米机器人来设计GUV的形状和配置，以在膜中形成运输通道。”

“GUV上的DNA纳米机器人的功能机制在活细胞中没有直接的生物等效物，这非常令人兴奋。”

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了解疾病机制并改进治疗方法

这项新研究是朝着这个方向迈出的重要一步。由DNA纳米机器人创建的跨膜通道系统允许某些分子和物质有效地进入细胞。最重要的是，这些通道很大，可以编程为在需要时关闭

当应用于活细胞时，该系统可以促进治疗性蛋白质或酶运输到细胞中的靶点。因此，它为药物和其他治疗干预措施的管理提供了新的可能性

“我们的方法为模拟活细胞的行为开辟了新的可能性。这一进展可能对未来的治疗策略至关重要，”该研究的合著者之一郝燕教授说