基於核酸的組分動態網絡:從基本原理到應用

2020-12-21 科學網

基於核酸的組分動態網絡：從基本原理到應用

作者：

小柯機器人

發布時間：2020/12/19 14:06:39

耶路撒冷希伯來大學Itamar Willner課題組近日發表綜述，介紹了用核酸化學構建組分動態網絡（constitutional dynamic networks, CDNs）的最新進展。 相關論文發表在2020年12月16日出版的《美國化學會志》上。

在這邊綜述中，作者介紹了以核酸作為功能模塊構建模仿天然網絡的CDNs的嘗試。組成核酸的基本序列為組裝信號響應的、可重複配置的CDNs提供了一個豐富的工具箱，這種CDNs具有適應性和分層適應性的特點，且可以互相交流，並具備類似天然系統的反饋驅動的反應路線。文中還探討了CDNs進化的路線以及更複雜網絡系統的形成方法。

通過程序化的催化，可向CDNs中引入許多不同的應用，如CDN引導的納米顆粒聚集物的光學和催化功能，以及CDN決定的水凝膠的硬度和自修復功能。此外，文中還展望了耗散瞬時CDNs的設計，CDNs引導的轉錄翻譯以選擇性合成蛋白質，以及將CDNs組裝成細胞樣模塊以構建「人造細胞」的挑戰等。

據了解，「系統化學」是一門通過化學方法模擬類似自然中DNA/RNA和蛋白質在胞內複雜網絡中相互動態作用導致的可編程模式的學科，並受到了研究人員的廣泛關注。

附：英文原文

Title: Nucleic Acid Based Constitutional Dynamic Networks: From Basic Principles to Applications

Author: Liang Yue, Shan Wang, Zhixin Zhou, Itamar Willner

Issue&Volume: December 16, 2020

Abstract: Inspired by nature where intracellular dynamic interactions between DNA, RNA and proteins processed within complex networks leading to programmed reaction patterns, extensive research efforts are directed to mimic these processes by chemical means, 「Systems Chemistry」. The present perspective introduces nucleic acids as functional modules to construct constitutional dynamic networks, CDNs, mimicking natural networks. The base sequences comprising nucleic acids provide a rich 「tool box」 to assemble signal-triggered reconfigurable CDNs revealing adaptive and hierarchically adaptive properties, intercommunication between CDNs, and feedback-driven reaction pathways similar to natural systems. Pathways for the evolution of CDNs and the formation of networks of enhanced complexities are discussed. Different applications of constitutional dynamic networks are introduced including programmed catalysis, CDN-guided optical and catalytic functions of nanoparticle aggregates, and CDN-dictated stiffness and self-healing functions of hydrogels. Future perspectives of the field in designing dissipative transient CDNs, CDNs-guided transcription/translation synthesis of selective proteins, and the challenging integration of CDNs into cell-like containments aiming to assemble 「artificial cells」 are addressed.

DOI: 10.1021/jacs.0c09891

Source: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c09891

 

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