Science新突破：RNA折紙技術誕生
日期：2014-08-18 10:30:04
Aarhus大學和加州理工的科學家們發明了RNA折紙技術（RNA origami），將一條RNA鏈編織成為多種復雜的結構。這一突破性成果發表在本周的Science雜志上。
與現有DNA折紙技術不同的是，RNA折紙需要RNA聚合酶的參與，大量RNA可以同時折疊成指定形狀。另外，RNA折紙可以在活細胞中進行，利用細胞中的酶進行生產。
研究人員通過3D模型和計算機軟件進行RNA折紙的設計，然后合成編碼RNA鏈的DNA（基因）。在這些DNA中簡單添加RNA聚合酶，RNA折紙就能自動進行，這一過程可以在原子力顯微鏡下觀察到。
為了展示這一技術，研究人員將RNA折疊成為蜂巢結構，當然RNA折紙還可以形成許多其他的結構。“蜂巢狀結構在顯微鏡下很容易觀察到。我們甚至捕捉到了聚合酶制造RNA組裝蜂巢的過程，它們看起來就像是一群小蜜蜂。”Aarhus大學的博士后Cody Geary說。
DNA折紙已經差不多有十年歷史了，然而RNA與DNA相比有著一些重要的優勢。“DNA折紙很難寫入生物的基因組。而RNA折紙可以作為一個基因存在，然后由RNA聚合酶轉錄成RNA，” DNA折紙技術的發明者，加州理工的Paul Rothemund教授解釋道，他也是這項新研究的作者之一。
“DNA折紙技術成本高，而且只能在細胞外進行。但RNA折紙能夠大量生產，我們只需要培養攜帶著相應基因的細菌。”Rothemund補充道。
“這一技術目前的主要應用是，為蛋白等微觀部件搭建腳手架。例如在這種腳手架的基礎上建立微觀的化工廠，”文章的通訊作者，Aarhus大學的助理教授Ebbe Andersen說。
RNA怎樣折疊？RNA由A、U、C、G組成，單鏈RNA可以在堿基配對的基礎上折疊起來。RNA中的最強配對是G-C、A-U和G-U，不過RNA也能形成其他的配對。DNA只能是G-C和A-T配對，因此RNA的功能性更強，設計起來也更為復雜。天然RNA本來就會自我折疊，形成復雜的功能性結構。研究人員根據這些天然結構，鑒定了由A、U、C、G組成的3D模塊，然后將這些模塊當作積木，進而實現RNA折紙。
怎樣設計RNA折紙？RNA折紙的設計是在計算機的幫助下完成的。設計者將RNA螺旋和3D模塊結合起來，在3D模擬環境中組成一條鏈，然后通過計算機軟件決定剩余的序列。研究者將這個RNA序列轉換為DNA，并合成相應的DNA鏈。這時RNA聚合酶就可以根據DNA序列，生成大量設計好的RNA結構。
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