京都大學能源理工學研究所的Kirankumar Krishnamurthy研究員、Arivazhagan Rajendran講師、中田榮司副教授、森井孝教授等人組成的研究團隊發表研究成果稱，開發出了一種可以使奈米生物材料DNA摺紙變得更加堅固的技術。透過在含有二甲基亞碸溶劑中進行酶反應或使用溴化氰進行化學反應，成功地用天然DNA高效地連接起了DNA摺紙中的裂縫，同時DNA摺紙在高溫和細胞裂解液等各種條件下的穩定性也明顯提高。這一成果有望擴大DNA摺紙的應用範圍。相關資訊已發佈在9月21日的《Small Methods》線上版上。
各種DNA摺紙以及本方法實施的結構穩定化（供圖：京都大學）
DNA摺紙是由DNA自組裝形成的奈米級別的二維或三維結構，於2006年由美國加州理工學院首次開發成功。透過向作爲模板的環狀單鏈DNA中加入短的互補鏈DNA並加熱，緩慢冷卻後就可以簡便且定量地製備出設計好的DNA奈米結構。這項技術有望在藥物或疫苗的遞送、電腦病毒的抑制等方面廣泛應用，但穩定性低一直是該技術的一個問題。到目前爲止雖有報導稱透過化學修飾可實施其穩定化，但這些方法會改變DNA摺紙的功能。爲了發揮其功能，有必要在保持天然DNA的狀態下實施結構穩定。
此次研究團隊考慮到DNA摺紙中的數百個裂縫可能是DNA摺紙穩定性低的終極因數。研究表明，利用在含有二甲基亞碸（DMSO）的溶劑中的酶反應，或是使用溴化氰（CNBr）的化學反應，可以高效連接DNA摺紙上的數百個縫隙和缺口。
研究證實，這兩種方法都對二維結構的摺紙的穩定化有效。特別是對於三維形狀的摺紙，透過溴化氰反應連接的方法是有效的，即使在高溫、細胞裂解液等不利於DNA摺紙的條件下，DNA摺紙的穩定性也顯著提高。
出乎研究人員意料的是，在DMSO存在的情況下酶的連接效率明顯提高。這代表DMSO不僅能使酶穩定化化，還有可能誘發DNA結構產生變化，把反應點的DNA結構朝着有利於反應的方向變化。
森井教授表示：「以DNA摺紙爲代表的DNA奈米材料，是一種在開發可信賴度高的藥物遞送系統、改進電腦病毒抑制策略、開發碳中和生物能源系統等方面能夠發揮其革命性性能的奈米生物材料。雖然DNA奈米材料有着廣泛的應用前景，但由於其穩定性較低，一直以來被認爲遠未達到社會實際應用的水平。本研究發現，如果使用化學連接試劑而不是酶，即使在三維結構DNA摺紙中連接反應也能高效進行，摺紙也能穩定化。我們的研究，不僅證明了將化學、生物學，以及奈米技術相互融合的研究非常重要，而且顯示了透過奈米生物材料，在醫療保健和材料科學等各個領域，都還存在爲創造更美好社會而取得革命性技術進步的可能性。」
另外，本研究結果出自JST CREST「細胞內環境測定多元同時感測器的開發（專案負責人：二木史朗；執行人：森井孝）」（JPMJCR18H5）研究專案。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：Small Methods
論文：Near quantitative ligation results in resistance of DNA origami against nuclease and cell lysate
DOI：doi.org/10.1002/smtd.202300999
